DE102008007189A1 - Process for the production of asphalt - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Blas-Bitumen mittels Oxidation von Bitumen in einem Reaktor, wobei dem Reaktor sauerstoffangereicherte Luft oder reiner Sauerstoff zugeführt und der Reaktorinhalt mittels mechanischer Rührwerke umgewälzt wird.The invention describes a process for the production of blown bitumen by oxidation of bitumen in a reactor, wherein oxygen-enriched air or pure oxygen is supplied to the reactor and the reactor contents are circulated by means of mechanical agitators.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blas-Bitumen mittels Oxidation von Bitumen in einem Reaktor.The The invention relates to a process for the production of blown bitumen by oxidation of bitumen in a reactor.
Bitumen ist ein nahezu nicht flüchtiges, klebriges und abdichtendes erdölstämmiges Produkt mit temperaturabhängigen elasto viskosen Verhalten. Es besteht hauptsächlich aus hoch molekularen Kohlenwasserstoffen (langkettig und aromatisch) und enthält daneben chemisch gebundenen Schwefel, Sauerstoff, Stickstoff und einige Spuren von Metallen. Bitumen ist in Wasser praktisch unlöslich und gehört zur Gruppe der thermoplastischen Stoffe, d. h. seine Eigenschaften sind temperaturabhängig. Bei Abkühlung wird es spröde, bei Erwärmung durchläuft es stufenlos alle Zustände von fest über zähflüssig bis dünnflüssig. Bei steigenden Temperaturen fängt es an, sich langsam zu zersetzen. Es hat keinen Schmelzpunkt wie beispielsweise Wasser. Bitumen ist in Wasser praktisch unlöslich und chemisch sehr stabil gegenüber nicht oxidierenden Säuren oder Basen. Aufgrund seiner thermoplastischen Eigenschaften und der hohen Beständigkeit gegenüber Wasser, wird Bitumen hauptsächlich im Bauwesen beispielsweise zum Schutz von Gebäudeteilen gegenüber Wasser (Bitumen, Dachbahnen) oder im Straßenbau eingesetzt.bitumen is a nearly non-volatile, sticky and sealing petroleum-based product with temperature-dependent elasto viscous behavior. It mainly consists of high molecular weight hydrocarbons (long-chain and aromatic) and also contains chemically bound sulfur, oxygen, Nitrogen and some traces of metals. Bitumen is in water practically insoluble and belongs to the group of thermoplastic materials, d. H. its properties are temperature dependent. When cooled, it becomes brittle when heated it progresses steplessly over all states from viscous to thin liquid. As temperatures rise, it starts to slow decompose. It has no melting point, such as water. Bitumen is practically insoluble in water and chemically very stable against non-oxidizing acids or bases. Due to its thermoplastic properties and the high resistance to water, is Bitumen mainly in construction, for example for protection of building parts opposite water (bitumen, roofing membranes) or used in road construction.
Zur Herstellung besonders widerstandsfähiger, harter Produkte, wie sie beispielsweise zum Schutz von Erdgasleitungen verwendet werden, wird die Luftoxidation von Weichbitumen durchgeführt, dies können z. B. Vakuumrückstände und/oder -destillate sein, die auch weitere Zuschlagstoffe wie z. B. wässrige Säuren (z. B. H3PO4) enthalten. Bei diesem Verfahren werden die Einsätze durch Wärmezufuhr auf über 200°C erhitzt und dadurch dünnflüssig gemacht. In einem senkrechten zylindrischen Behälter, dem Glasreaktor, wird das Bitumen in Kontakt mit einem Gemisch aus Frischluft und Wasserdampf gebracht, welches im Bereich des unteren Endes des Blasreaktors in das Reaktionsgut eingeblasen und verteilt wird.For the production of particularly resistant, hard products, such as those used for the protection of natural gas pipelines, the air oxidation of soft bitumen is carried out, this can, for. B. vacuum residues and / or distillates, which also contains other additives such. For example, aqueous acids (eg., H 3 PO 4 ). In this process, the inserts are heated by heat to over 200 ° C and thereby rendered thin. In a vertical cylindrical container, the glass reactor, the bitumen is brought into contact with a mixture of fresh air and water vapor, which is injected and distributed in the region of the lower end of the blower reactor in the reaction mixture.
Ein
derartiges Bitumenblasverfahren wird beispielsweise in der Patentschrift
Auf
das in
Ein
spezielles Verfahren zur Gewinnung eines Bitumens oder eines aromatischen
Extraktes, welches mindestens einen Gewichtsanteil von 0,75 % an
Carboxylgruppen (-COOH-Gruppen) enthält, wird in
Die
bisher im Stand der Technik beschriebenen Verfahren weisen jedoch
Nachteile auf. Das Verfahren nach
Bei
einem Verfahren nach
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Blas-Bitumen derart auszugestalten, dass die Abgasmenge weiter reduziert wird.Of the The present invention is based on the object, a method for the production of blown bitumen in such a way that the Exhaust gas quantity is further reduced.
Die vorliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass dem Reaktor mit Sauerstoff angereicherte Luft oder reiner Sauerstoff zugeführt und der Reaktorinhalt mittels mechanischer Rührwerke umgewälzt wird.The This object is achieved in that the reactor supplied with oxygen enriched air or pure oxygen and the reactor contents are circulated by means of mechanical agitators.
Durch die erfindungsgemäße Kombination der Umwälzung des Reaktorinhaltes mittels mechanischer Rührwerke und der Zufuhr sauerstoffangereicherter Luft oder reinen Sauerstoffes lässt sich die Abgasmenge bei einem Bitumen Blasverfahren deutlich reduzieren. Durch das mechanische Rührwerk wird das zugeführte Gas optimal im Reaktor verteilt. Durch die Sauerstoffanreicherung der Luft oder durch die Zuführung vom reinen Sauerstoff lässt sich bei gleich bleibender Gasmenge eine deutlich größere Menge Sauerstoff in den Reaktor führen. Die Notwendigkeit zur Erzeugung eines Überdruckes und die dafür benötigte Verdichterkapazität entfallen dabei trotz möglicher Durchsatz- und damit Kapazitätssteigerung des Blasbitumenreaktors. Die Zufuhr einer erhöhten Menge an Sauerstoff pro Zeit zusammen mit der mittels Rührwerk gewährleisteten Verteilung führt zu einer Verkürzung des Blasvorganges. Somit entsteht ebenfalls pro Bitumenmenge weniger Abgas. Zur Verbrennung dieses Abgases wird daher eine geringere Menge an Brennstoff benötigt und somit die Kohlendioxidemission deutlich gesenkt. Zusätzlich wird durch die erfindungsgemäße Kombination mechanischer Rührwerke und sauerstoffangereicherter Luft sichergestellt, dass die Sauerstoffkonzentration im Abgas des Prozesses sicher unter 10 Vol-% bleibt.The inventive combination of the circulation of the reactor contents by means of mechanical agitators and the supply of oxygen-enriched air or pure oxygen, the amount of exhaust gas can be significantly reduced in a bitumen blowing process. The mechanical agitator optimally distributes the supplied gas in the reactor. By the oxygenation of the air or by the supply of pure oxygen can be a significantly larger amount of oxygen lead into the reactor with the same amount of gas. The necessity for generating an overpressure and the compressor capacity required for this purpose are eliminated despite possible throughput and thus capacity increase of the blown bitumen reactor. The supply of an increased amount of oxygen per time together with the distribution ensured by agitator leads to a shortening of the blowing process. This also produces less exhaust gas per bitumen quantity. For combustion of this exhaust gas therefore a smaller amount of fuel is needed, thus significantly reducing the carbon dioxide emission. In addition, it is ensured by the inventive combination of mechanical stirrers and oxygen-enriched air that the oxygen concentration in the exhaust gas of the process safely below 10% by volume.
Im Routinebetrieb eines Blasreaktors nach dem Stand der Technik treten in der Zufuhrleitung des Luft/Dampfgemisches in der Regel Verlegungen auf, welche sich typischerweise in Höhe der Flüssigbitumenoberfläche befinden. Die damit einhergehenden Probleme wie beispielsweise erhöhter Druckabfall und dadurch bedingte verminderte Gaszufuhrmenge bei gleichem Vordruck können durch die erfindungsgemäße Sauerstoffanreicherung ebenfalls umgangen werden. Dies ermöglicht also nicht nur generell eine Kapazitätserhöhung sondern auch einen Kapazitätserhalt.in the Routine operation of a blow reactor according to the prior art occur in the supply line of the air / vapor mixture usually laying on which are typically at the level of the liquid bitumen surface are located. The associated problems such as increased Pressure drop and consequent reduced gas supply at the same form can by the inventive Oxygen enrichment also be bypassed. this makes possible So not just a general increase in capacity but also a capacity preservation.
Zweckmäßiger Weise erfolgt die Sauerstoffanreicherung der Luft außerhalb des Reaktors. Für die Sauerstoffanreicherung von Luft außerhalb des Reaktors, beispielsweise in der Frischluftzufuhr zum Reaktor, stehen zahlreiche und erprobte Techniken zur Verfügung. Abhängig von der Bitumenmenge im Reaktor und den erwünschten Bitumeneigenschaften lässt sich so der Sauerstoffgehalt der angereicherten Luft präzise auf den jeweiligen Reaktorinhalt und die gewünschten Eigenschaften des Bitumenproduktes anpassen.Appropriately The oxygen enrichment of the air takes place outside of the reactor. For the oxygenation of air outside of the reactor, for example in the fresh air supply to the reactor, There are numerous and proven techniques available. Depending on the amount of bitumen in the reactor and the desired Bitumen properties can be as the oxygen content the enriched air precisely to the respective reactor contents and adjust the desired properties of the bitumen product.
Vorteilhafter Weise erfolgt die Gaszufuhr im unteren Drittel, im oberen Drittel und/oder an mehreren über die Reaktorhöhe gleichmäßig verteilten Zuführungen. Bei einer Gaszufuhr im unteren Drittel des Reaktors lässt sich eine sehr gute Durchmischung des Reaktorinhaltes erreichen. Aufgrund der ablaufenden Reaktionen nimmt der Sauerstoffanteil bei Gaszufuhr von unten mit der Höhe des Reaktors ab. Daher ist auch der Sauerstoffpartialdruck im oberen Bereich des Reaktors deutlich kleiner als im unteren Bereich. Durch eine kombinierte Zufuhr von Gas im unteren und im oberen Bereich des Reaktors lässt sich daher ein ausgeglichener Sauerstoffpartialdruck über die gesamte Höhe des Reaktors erreichen. Bei sehr hohen Reaktoren ist es daher zweckmäßig Gaszufuhr auf mehrere über die Höhe verteilte Punkte zu verteilen. Des Weiteren führt ein relativ homogener Sauerstoffpartialdruck zu einem sehr homogenen und verbesserten Bitumenprodukt. Zusätzlich wird in dieser Ausgestaltung der Erfindung das Reaktorvolumen optimal ausgenutzt und eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Reaktorhöhe unter Vermeidung von Hot-spots gewährleistet.Favorable The gas is supplied in the lower third, in the upper third and / or at several over the reactor height evenly distributed feeders. With a gas supply in the lower Third of the reactor can be a very good mixing of the Achieve reactor content. Due to the ongoing reactions decreases the oxygen content with gas supply from below with the height of the reactor. Therefore, the oxygen partial pressure is in the upper range of the reactor is much smaller than in the lower part. By a Combined supply of gas in the lower and upper part of the Reactor can therefore be a balanced oxygen partial pressure over reach the entire height of the reactor. At very high Reactors, it is therefore appropriate gas supply distribute several points distributed over the height. Furthermore, a relatively homogeneous oxygen partial pressure results to a very homogeneous and improved bitumen product. additionally In this embodiment of the invention, the reactor volume is optimal exploited and a uniform temperature distribution over ensures the reactor height while avoiding hot spots.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren bei einer Temperatur zwischen 250°C und 290°C, besonders bevorzugt zwischen 260°C und 270°C, und einem Druck zwischen 1 bar und 5 bar, besonders bevorzugt bei 2 bar, durchgeführt. In dieser Ausgestaltung der Erfindung lässt sich die Qualität des erzeugten Bitumens optimieren. Die im Reaktor stattfindende Oxidation ist exotherm. Die Kontrolle der Druck- und Temperaturparameter ist sehr entscheidend für die Qualität des Bitumens. Bei zu hoher Temperatur im Reaktor beginnen sich die längerkettigen Kohlenwasserstoffe zu spalten, wodurch sich die Qualität des Bitumens verschlechtert und der Anteil an brennbaren Komponenten im Abgas ansteigt. Bei zu niedriger Reaktortemperatur verringert sich die Viskosität des Reaktorinhaltes, wodurch sich die Durchmischung verschlechtert und kein optimaler Oxidationsablauf gewährleistet werden kann. Eine Kühlung des Reaktors kann durch die Einspritzung von Wasser in die Reaktionszone erfolgen. Das Wasser kann vorteilhafter Weise im Kopf des Reaktors und/oder in die Gaszufuhr eingedüst werden.In A preferred embodiment of the invention is the method at a temperature between 250 ° C and 290 ° C, more preferably between 260 ° C and 270 ° C, and a pressure between 1 bar and 5 bar, more preferably at 2 bar, performed. In this embodiment of the invention leaves to optimize the quality of the produced bitumen. The Oxidation taking place in the reactor is exothermic. The control of Pressure and temperature parameters are very crucial for the quality of the bitumen. At too high a temperature in the reactor the longer-chain hydrocarbons begin to split, whereby the quality of the bitumen deteriorates and the proportion of combustible components in the exhaust gas increases. At too low Reactor temperature decreases the viscosity of the reactor contents, whereby the mixing deteriorates and not optimal Oxidation process can be guaranteed. A cooling The reactor can be activated by injecting water into the reaction zone respectively. The water may advantageously be in the top of the reactor and / or injected into the gas supply.
Bevorzugt weist die sauerstoffangereicherte Luft ein Sauerstoffgehalt zwischen 21 Vol.-% und 30 Vol.-%, besonders bevorzugt zwischen 23 Vol.-% und 27 Vol.-%, auf. Schon durch eine relativ geringe Erhöhung des Sauerstoffgehaltes in der Gaszufuhr lässt sich die gesamte zuzuführende Gasmenge deutlich reduzieren. Somit wird auch die daraus resultierende Abgasmenge drastisch verringert. Die Kombination des Einsatzes von Sauerstoff angereicherter Luft, insbesondere im bevorzugten Bereich zwischen 21 Vol.-% und 30 Vol.-% Sauerstoff, mit besonders intensiver Durchmischung mit Hilfe eines Rührwerkes stellt sicher, dass die Sauerstoffgrenzkonzentrationen von ca. 7 Vol.-% – oberhalb derer ein zündfähiges Gasgemisch entstehen kann – im Reaktorabgas sicher unterschritten werden.Prefers the oxygen-enriched air has an oxygen content between 21 vol .-% and 30 vol .-%, more preferably between 23 vol .-% and 27 vol.%, On. Even by a relatively small increase the oxygen content in the gas supply can be the significantly reduce the total amount of gas to be supplied. Consequently The resulting amount of exhaust gas is drastically reduced. The combination of the use of oxygen-enriched air, in particular in the preferred range between 21 vol.% and 30 vol.% Oxygen, with particularly intensive mixing with the help of a stirrer ensures that the oxygen limit concentrations of about 7 Vol .-% - above which an ignitable Gas mixture can occur - safely below in the reactor exhaust gas become.
Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es insbesondere die zuzuführende Gasmenge für ein Blasbitumenverfahren zu reduzieren und somit die entstehende Abgasmenge zu minimieren.With In particular, the present invention succeeds Reduce gas quantity for a blown bitumen process and thus to minimize the amount of exhaust gas produced.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand einer in der Grafik dargestellten Berechnung näher erläutert werden.in the The invention is based on an illustrated in the diagram Calculation will be explained in more detail.
Es zeigtIt shows
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