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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eines mineralischen Feststoffgemisches, insbesondere von Straßenaufbruchmaterial, das Verunreinigungen mit aromatischen und/oder aliphatischen Kohlenwasserstoffen enthält, wobei das Feststoffgemisch auf eine Temperatur unterhalb von 570 °C erwärmt wird. Ebenso betrifft die Erfindung auch eine Anordnung zur Behandlung eines mineralischen Feststoffgemisches, insbesondere von Straßenaufbruchmaterial.
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Asphalt stellt das wichtigste Baumaterial für den Straßenbau dar.
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Wenn alter Asphalt, z. B. Straßenaufbruchsmaterial, durch Erhitzen und nachfolgendes Vermischen in neuem Asphalt wiederverwertet werden soll, stellt sich das Problem, dass nur alter Asphalt ausreichend hoher Qualität verwendet werden kann. Wenn Asphaltsorten von geringer Qualität benutzt werden, führen diese zu einer Verschlechterung der Qualität des Recycling-Asphalt-Produkts. Vor allem ist zu beachten, dass eine Wiederverwertung von Asphalt nicht möglich ist, wenn dieser schädliche Bestandteile wie Pech, Teer enthält. Teer- und pechhaltiger Asphalt ist noch bis ins letzte Jahrzehnt des zwanzigsten Jahrhunderts eingesetzt worden. Teerhaltiger Asphalt hat den Nachteil, dass er unter anderem polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK's) enthält, die schädliche Substanzen sind, für welche mittlerweile strenge gesetzliche Beschränkungen gelten. Es ist nicht gestattet, teerhaltigen Asphalt durch heißes Mischen mit neuem Asphalt wiederzuverwerten, weil dann die PAK's in die Umwelt entweichen könnten. Asphaltabfälle, die PAK's oberhalb des zulässigen Grenzwertes enthalten, dürfen nach den neuesten gesetzlichen Vorgaben nicht mehr unbehandelt in Umlauf gebracht werden. Unter Berücksichtigung des Kreislaufwirtschaftsgesetzes sollen derartige Abfälle bevorzugt einer thermischen Behandlung unterzogen werden, um auf diese Weise die schädlichen PAK-Bestandteile zu entfernen oder auf einen Wert unterhalb des zulässigen Grenzwerts zu reduzieren.
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Aus
DE 600 10 533 T2 ist bereits ein Verfahren zum Recycling von in Asphalt enthaltenem Teer bekannt. Dabei wird ein Asphalt-Zuschlag enthaltendes Material thermisch in einen mineralischen Rückstand und heiße Gase umgewandelt. Die heißen Gase werden einer Asphaltmischanlage zugeführt.
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DE 23 65 087 A1 offenbart eine Anlage zur Herstellung steinhaltiger Asphaltmaterialien unter Einsatz eines Mischers und eines Drehrohrofens, in denen ein Unterdruck aufrechterhalten wird. Aus dem Drehrohrofen gelangt das Material in einen Reiniger und einen Sammelbehälter.
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Aus
DE 34 43 039 A1 geht ein Verfahren zur Extraktion von lösefähigen Beimengungen aus nichtlöslichen Schüttgütern, insbesondere zur Trennung von Bitumen und Mineralstoffen aus bituminösem Straßenaufbruch in einem Extraktor hervor, bei dem dem Schüttgut unter ständigem Mischen Lösemittel zugeführt, die dabei entstandene Lösung vom Schüttgut abgetrennt, und das Schüttgut getrocknet, und die löslichen Bestandteile von dem Lösemittel destillativ getrennt werden, sowie eine Einrichtung zu einer solchen Extraktion. Die Extraktion wird unter Einsatz von Unterdruck durchgeführt.
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Aus
DE 10 2004 055 474 A1 geht ein Verfahren zur Herstellung von bituminösem Mischgut unter Einsatz eines Drehrohrofens hervor, in dem Feuchtigkeit aus den Mineralstoffen ausgetrieben und das Material auf eine Temperatur im Bereich zwischen 200 °C und 350 °C erhitzt wird. Zur Herstellung des Mischguts wird dem Asphaltgranulat ein Addukt auf Ölbasis zugesetzt.
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In der aus
EP 1 785 202 A1 bekannten Vorrichtung zur Reinigung kontaminierter Materialien kommt eine Kondensatoreinheit mit einem Strahlwäscher, einem Kondensatsammelbehälter für die Abscheidung des am Strahlwäscher entstehenden Kondensats, einem Demistor, und einem Wärmetauscher zum Einsatz.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein ressourcenschonendes Verfahren zur Wiederverwertung von teer- und pechhaltigem Straßenaufbruchmaterial zu schaffen.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die Wiederverwertung von teer-, pech- und/oder bitumenhaltigem Material minderer Qualität gestattet, welches insbesondere PAK's enthält.
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Ein weiteres Ziel ist es, teer- und/oder bitumenhaltiges Material in Verbindung mit der Herstellung von Asphalt so wiederzuverwerten, dass es zu einer Einsparung von Energie und Ausgangsmaterialien kommt. Es ist außerdem Ziel der Erfindung, ein Verfahren für die möglichst vollständige Wiederverwertung von Asphalt in einer wirkungsvollen und wirtschaftlichen Art und Weise zur Verfügung zu stellen.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur thermischen Behandlung schadstoffhaltiger Schüttgüter, insbesondere zur Entfernung oder Reduzierung der schädlichen Substanzen aus teerhaltigem Material, und damit gleichzeitig zur Wiederverwertung von des darin enthaltenem mineralischen Materials zur Verfügung.
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Die Erfindung stellt somit ein Verfahren zur Verfügung, welches die thermische Aufbereitung des Asphaltes bei niedrigen Temperaturen ermöglicht, einen geringen Aufwand zur Reinigung der entweichenden Gase und Dämpfe aufweist, zudem einen geringen apparativen Aufwand aufweist und überdies einen günstigen Energieverbrauch sowie geringe Betriebskosten hat.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die zu behandelnden Asphaltabfälle in einem oder in mehreren Schritten erhitzt und durch Absenkung des Gasdrucks in dem Behälter, beispielsweise in einem sich drehenden, trommelförmigen Apparat, insbesondere in einem Drehrohrofen, in dem sie sich befinden, über einen definierten Zeitraum extrahiert werden können.
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Bei Umgebungsdruck erschweren die hohen Siedepunkte der insbesondere im Asphalt enthaltenen PAK-Verbindungen deren Entfernung und erfordern verhältnismäßig hohe Temperaturen bei der Behandlung. So weist beispielsweise die Verbindung Indeno(1,2,3-c,d)pyren bereits einen Siedepunkt von 536 °C auf.
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Erfindungsgemäß wird das PAK-haltige Gemisch oder Straßenaufbruchmaterial beispielsweise in einem ersten Verfahrensschritt bei Umgebungsdruck bis zu einer Temperatur von etwa 300 °C bis 570 °C erwärmt, um auf diese Weise bereits einen Anteil der PAK's aus dem Material herauszulösen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den grundsätzlichen Vorteil, dass die thermische Umwandlung des teerhaltigen Materials insbesondere autothermisch abläuft; das bedeutet, dass der thermische Umwandlungsprozess wenig Energiezufuhr von außen benötigt und daher zu einer Einsparung von Energie bei der Asphaltaufbereitung führt.
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Das in dem teerhaltigen Asphalt enthaltene mineralische Material , das ein Asphaltmaterial oder einen Asphaltzuschlag darstellt, wird für den Einsatz in hochwertigen Anwendungen wiederverwertet, d. h., in der Herstellung von neuem oder Recycling-Asphalt, und führt daher zu Einsparungen beim Ausgangsmaterial. Wenn die heißen Gase noch Staubpartikel enthalten, werden diese durch das Filtersystem der Anlage entfernt. Die entstehenden Abgasströme werden über eine Abgasreinigung, insbesondere eine thermische, regenerative oder katalytische Nachverbrennung, gereinigt. Das teerhaltige Material, das mineralische Materialien und Binder enthält, wird ohne weitere Rückstände vollständig wiederverwertet. Verflüchtigte polyzyklische oder sonstige schädliche Kohlenwasserstoffe wie Phenole werden beispielsweise in den Brennern verbrannt; die dabei entstehende Abwärme wird beispielsweise genutzt, um diese wieder dem Apparat und/oder einem nachgeordneten Behälter, Mischer und/oder einem Umwälzaggregat oder einem Silo zuzuführen.
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Soweit die unerwünschten Kohlenwasserstoffe sich in dem Strahlwäscher ansammeln, werden sie in dem Fluid gelöst, mit dem der Strahlwäscher betrieben wird, beispielsweise einem flüssigen Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoffgemisch wie Benzin, Heizöl oder Petroleum. Anschließend lässt sich das mit den dem teerhaltigen Asphalt entzogenen Kohlenwasserstoffen angereicherte Fluid des Strahlwäschers einem Brenner zuführen, der seinerseits den Behälter, insbesondere den trommelartigen Apparat, und/oder einen weiteren Behälter und/oder Mischer erwärmt, in dem sich das Straßenaufbruchmaterial befindet. Wenn der Strahlwäscher mit einem Fluid betrieben wird, wird ein Abscheider eingesetzt, um die angesammelten Kohlenwasserstoffe und allfällig anfallende Feststoffe aus dem Fluid abzuscheiden.
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In der vorliegenden Anmeldung schließt der Begriff „Recycling“ die erneute Verwendung wiedergewonnener Materialien ein. Wenn „Recycling von Asphalt“ erwähnt wird, schließt dieser Begriff die thermische Behandlung von Asphalt und der nachfolgenden Verwendung der Rückstände und des Energiegehalts für die Asphaltherstellung sowie das Mischen des wiedergewonnenen Asphalts zusammen mit neuem mineralischem Zuschlag und neuem Bitumen ein, um ein neues Asphaltprodukt („Recycling-Asphalt“) zu erhalten.
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Unter dem Begriff „Asphalt“ wird beispielsweise Asphalt verstanden, der zumindest zum Teil frisches Bitumen enthält und der auch Bitumen von wiedergewonnenem Asphalt enthalten kann. Dieser Begriff umfasst also auch den so genannten Recycling-Asphalt, der frische wie auch aus wiedergewonnene mineralische Stoffe oder Gesteine umfasst.
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Die Wiederverwendung von teerhaltigem Ausbauasphalt bedeutet eine Substitution von mineralischen Stoffen oder Gesteinen, was wesentlich zur Schonung der natürlichen Gesteinsvorkommen beiträgt.
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Der in dem Straßenaufbruchmaterial enthaltene Quarz wandelt sich bei einer Temperatur von 573 °C in die Modifikation von Hochquarz oder Beta-Quarz um. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet daher bei Temperaturen unterhalb von 570 °C, um die Gesteinsqualität der in dem Ausbruchasphalt enthaltenen Materialien zu erhalten und diese uneingeschränkt wiederverwenden zu können. Ebenfalls ist das Brennen der tonhaltigen Inhaltsstoffe zu vermeiden, da diese, nachdem sie in einer Asphaltschicht eingebaut sind, diesem Wasser entziehen und bei Frost aufbrechen könnten.
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Diese Vorgehensweise wird erheblich durch den Einsatz von Unterdruck unterstützt, da die Siedetemperaturen der aus dem Ausbruchsmaterial herauszulösenden Kohlenwasserstoffe abgesenkt wird und bei niedrigeren Temperaturen gearbeitet werden kann. Gleichzeitig muss weniger Wärmeenergie eingesetzt werden. Je nach Unterdruck wird der Temperaturbereich, bei dem sich die Kohlenwasserstoffe aus dem Aufbruchmaterial herauslösen lassen, erheblich herabgesetzt, beispielsweise auf 450 °C, vorzugsweise auf eine Temperatur unterhalb von 400 °C. Eine derartig niedrige Siedetemperatur wird erfindungsgemäß erreicht, wenn während und/oder nach der Erwärmung des PAK-haltigen Asphalts ein sehr geringer absoluter Druck über einen ausreichenden Zeitraum eingehalten wird. Auf diese Weise wird eine Schädigung der mineralischen Zusammensetzung des aufbereiteten Gutes durch zu hohe Temperaturen vermieden.
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Durch die Wiederaufbereitung des Straßenaufbruchsmaterials einschließlich des PAK-haltigen Asphalts nahe der Verwendungsstelle muss bei der Erneuerung einer von Asphalt bedeckten Fläche, insbesondere beim Straßenbau, nur in geringem Umfang neues Straßenbaumaterial, wie beispielsweise Schotter eingesetzt werden, so dass in erheblichem Umfang Transportkosten eingespart werden, wie sie anfielen, wenn PAK-haltiger Asphalt zur Ablagerung auf Deponien weggeschafft werden müsste.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und der Beschreibung, insbesondere in Verbindung mit den Zeichnungen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Aufbereitung eines mineralischen Feststoffgemisches ist dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffgemisch in mindestens einem drehenden, trommelartigen Apparat erwärmt wird und wenigstens durch einen Behälter hindurchgeführt wird und dass das Feststoffgemisch während des Erwärmens oder nach dem Erwärmen einem Unterdruck ausgesetzt wird und dass die Kohlenwasserstoffe dem erwärmten Feststoffgemisch mit Hilfe des Unterdrucks entzogen werden.
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Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffgemisch nach dem Durchlaufen des mindestens einen Apparats ein zweites Mal erwärmt wird oder dass mindestens die Temperatur gehalten wird.
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Von Vorteil ist es, wenn das Feststoffgemisch in dem Behälter, insbesondere einem Mischer, nach dem Durchlaufen des mindestens einen Apparats ein weiteres Mal erwärmt oder mindestens auf dem gleichen Temperaturniveau gehalten wird.
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Vorzugsweise durchläuft das Feststoffgemisch den mindestens einen Apparat bei Unterdruck. Alternativ wird der Unterdruck aber erst nach dem Durchlaufen des mindestens einen Apparats an das Feststoffgemisch angelegt.
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Beispielsweise und mit Vorteil durchläuft das Feststoffgemisch den Behälter, insbesondere den Mischer oder das Umwälzaggregat, ebenfalls bei Unterdruck.
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Das Verfahren wird mit Vorteil dadurch ausgeübt, dass dem Feststoffgemisch wenigstens niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe als Gase, insbesondere in dem mindestens einen Apparat, entzogen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise so durchgeführt, dass dem Feststoffgemisch hochsiedende Kohlenwasserstoffe nach dem Durchlaufen des mindestens einen Apparats in dem Behälter, insbesondere in dem Mischer oder dem Umwälzaggregat entzogen werden.
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Vorzugsweise werden die Kohlenwasserstoffe, insbesondere die hochsiedenden Kohlenwasserstoffe, einem Kondensator, insbesondere einem Strahlwäscher, zugeführt. Der Unterdruck wird durch wenigstens eine Vakuumpumpe, insbesondere durch eine Strahlpumpe, erzeugt. Eine Vakuumpumpe und eine Strahlpumpe lassen sich auch kombiniert einsetzen.
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Mit Vorteil wird der Strahl des Strahlwäschers, von einem brennbaren Fluid gebildet, in dem die hochsiedenden Kohlenwasserstoffe während des Waschvorgangs emulgiert oder suspendiert werden.
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Wenn das Fluid zusammen mit den in ihm befindlichen Kohlenwasserstoffen einem Brenner zugeführt wird, der den mindestens einen Apparat und/oder den Behälter, insbesondere den Mischer oder das Umwälzaggregat, erwärmt, lassen sich die Kohlenwasserstoffe, die dem Straßenaufbruchmaterial entzogen wurden, restlos und ohne umweltschädliche Überreste zu hinterlassen, entsorgen.
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Vorzugsweise wird das bei der Verbrennung in dem Brenner entstehende Abgas in das Innere des mindestens einen drehenden, trommelartigen Apparats und/oder des Behälters, insbesondere des Mischers oder des Umwälzaggregats, geleitet, und/oder es erwärmt den Apparat und den Behälter, insbesondere den Mischer, von außen. Auch können die je nach Witterung nasse, beispielsweise nicht ausreichend trocken gelagerten mineralischen Stoffe, vor Verwendung in einem Asphaltmischwerk mit den Abgasen vorgewärmt und/oder getrocknet werden.
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Wenn das heiße Abgas in das Innere des Apparats eingeleitet wird, wird die Herauslösung von Kohlenwasserstoffen gefördert, zunächst von solchen, die einen niedrigen Schmelzpunkt und Siedepunkt haben. Auf diese Weise wird bereits durch ständige oder chargenweise (diskontinuierliche) Einbringung von Abgasen der Anteil der Kohlenwasserstoffe in dem Apparat reduziert, so dann in einem nachgeordneten Behälter, der ebenfalls ein sich drehender, trommelartiger Apparat sein kann, bei einem noch niedrigeren Unterdruck und beispielsweise höheren Temperaturen weitere, höhersiedende Kohlenwasserstoffe entzogen werden.
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Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Aufbereitung eines mineralischen Feststoffgemisches, insbesondere von Straßenaufbruchmaterial, das Verunreinigungen mit aromatischen und/oder aliphatischen Kohlenwasserstoffen enthält, mit einer Brennvorrichtung zum Erhitzen des Feststoffgemischs auf eine Temperatur unterhalb von 570 °C. Die Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen drehenden trommelartigen Apparat, insbesondere einen Drehrohrofen, und mindestens einen dem mindestens einen Apparat in Transportrichtung des Feststoffgemisches nachgeordneten Behälter oder Mischer sowie eine Anordnung zur Erzeugung eines Unterdrucks umfasst und dass das Feststoffgemisch während des Erwärmens oder nach dem Erwärmen dem Unterdruck aussetzbar sind.
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Insbesondere lässt sich auch vorsehen, dass mindestens zwei derartige drehende Apparate, insbesondere Drehrohröfen, in Reihe hintereinander geschaltet werden. In diesem Fall werden in dem ersten Drehrohrofen zunächst niedrig schmelzende und/oder siedende Kohlenwasserstoffe bei einer Temperatur entzogen, die beispielsweise zwischen 200 °C und 250 °C liegt, während in dem zweiten Drehrohrofen höhere Temperaturen herrschen, beispielsweise oberhalb von 280 °C, so dass dort auch höherschmelzende und/oder höhersiedende Kohlenwasserstoffe entzogen werden.
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In jedem der Apparate wird der Druck so eingestellt, dass eine Selbstentzündung der Kohlenwasserstoffe verhindert wird. Dazu dient beispielsweise ein Heraufsetzen des Anteils eines Inertgases wie Stickstoff am gesamten Gasvolumen. Auch eine Absenkung des Drucks wird erfindungsgemäß vorgesehen, um eine Selbstentzündung zu verhindern. Dabei lässt sich beispielsweise vorsehen, dass, wenn mehrere Apparate in Reihe geschaltet sind, der Druck in Bearbeitungsrichtung immer niedriger gewählt wird. Ebenso lässt sich vorsehen, dass die Temperatur in Bearbeitungsrichtung immer höher gewählt wird.
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Parallele Anordnungen der drehenden Apparate sind besonders geeignet, wenn das zu behandelnde Straßenaufbruchmaterial chargenweise angeliefert wird.
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Auch im Falle parallel angeordneter Apparate können diesen jeweils weitere drehende Apparate nachgeordnet werden, wenn die Zusammensetzung der in dem Straßenaufbruchmaterial enthaltenden PAK's dies erforderlich macht.
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Mit Vorteil wird vorgesehen, dass die Brennvorrichtung einen ersten Brenner umfasst und dass in dem mindestens einen Apparat erhitzte und in den Gaszustand überführte Kohlenwasserstoffe dem ersten Brenner zuführbar sind.
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Alternativ lässt sich vorsehen, dass die Brennvorrichtung der Anlage einen zweiten Brenner umfasst und dass in dem mindestens einen Behälter, insbesondere einem Mischer, erwärmte Kohlenwasserstoffe gasförmig oder flüssig, dem ersten Brenner und/oder einem zweiten Brenner zuführbar sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anlage ist vorgesehen, dass sie mindestens eine Anordnung zur Entstaubung der aus dem mindestens einen Apparat entweichenden gasförmigen Kohlenwasserstoffe umfasst. Soweit erforderlich, werden erfindungsgemäß weitere Einrichtungen zur Abgasnachbehandlung vorgesehen, wie beispielsweise zur thermischen Nachverbrennung, Entschwefelungs- und Entstickungseinrichtungen, die den drehenden Apparaten jeweils in Behandlungsrichtung nachgeordnet sind.
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Nachstehend wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Aufbereitung eines mineralischen Feststoffgemisches in Verbindung mit einer Einrichtung zur thermischen und/oder katalytischen Nachverbrennung von Abgasen, die in einem drehenden trommelartigen Apparat anfallen,
- 2 eine schematische Darstellung einer Anlage, die aufgebaut ist wie die in 1 dargestellte Anlage, die jedoch keine Einrichtung zur thermischen und/oder katalytischen Nachverbrennung umfasst,
- 3 eine schematische Darstellung einer zwei drehende trommelartige Apparate umfassenden Anlage, die im Wechsel mit Straßenaufbruchmaterial beschickt werden und
- 4 eine schematische Darstellung einer Anlage mit zwei in Reihe geschalteten drehenden trommelartigen Apparaten.
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Über eine Zuflussleitung (1) wird einem Brenner 1 mit einer Brennkammer ein Brennstoff, beispielsweise Heizöl, zugeführt. Heiße Abgase werden von der Brennkammer über eine Leitung 20 in das Innere eines sich drehenden trommelartigen Apparats 3a geleitet, beispielsweise einer Drehrohrtrommel. In dem Apparat 3a wird Straßenaufbruchmaterial, insbesondere polyzyklische Kohlenwasserstoffe enthaltendes Material, das über eine Zuführleitung oder ein Förderband 3 in den Apparat 3a eingebracht wird, den heißen Abgasen ausgesetzt, wobei bevorzugt Temperaturen von bis zu 400 °C erreicht werden. Über eine Leitung 4, beispielsweise ein geschlossenes Rohr mit einem Förderer oder einer Schurre, wird das erhitzte Material einem Silo 4a zugeführt, das als Zwischenlager dient und beispielsweise eine elektrische Begleitheizung oder eine Heißgas-Mantelheizung umfasst. Aus dem Silo 4a gelangt das Material in einen Mischer 5, der über eine Leitung 10 mit einer Einrichtung 8 zur Erzeugung eines Unterdrucks verbunden ist und in dem mittels der Einrichtung 8 ein Unterdruck erzeugbar ist. An die Einrichtung 8 sind ein Kondensator, ein Wärmetauscher sowie eine Pumpe angeschlossen. In dem Kondensator ist beispielsweise ein fluides Medium, etwa ein Öl wie Heizöl, gelagert, in dem aus dem Straßenaufbruchmaterial entziehbare Kohlenwasserstoffe löslich, emulgierbar oder suspendierbar sind. In der Einrichtung 8 wird bevorzugt mittels einer mit dem Öl betriebenen Strahlpumpe ein Unterdruck erzeugt. Das Öl nimmt unter dem Unterdruck Kohlenwasserstoffe aus dem Straßenaufbruchmaterial auf. Gleichzeitig dient der Wärmetauscher dazu, das Öl der Einrichtung 8 zu erwärmen oder zu kühlen; vorteilhaft dient der Wärmetauscher 8 dazu, die Öltemperatur auf eine optimale Temperatur zu regeln.
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Über eine Leitung 12 ist der Wärmetauscher mit einem Tank 12a verbunden, der als Pufferspeicher dient. Dieser ist über eine Pumpe 12b mit dem Brenner 1 verbunden; auf diese Weise lässt sich Öl, das Kohlenwasserstoffe aus dem in dem drehenden, trommelartigen Apparat 3a und dem Silo 4a oder dem Mischer 5 erwärmten Material enthält, in der Brennkammer 1 verbrennen, so dass das in dem Material enthaltene Teer vollständig entsorgt wird. Alternativ oder zusätzlich ist die Einrichtung 8 über eine direkte Leitung 11 mit dem Brenner 1 verbunden, so dass mit PAK's beladenes brennbares Gas in den Brenner 1 eingeleitet wird. Die Einrichtung 8, beispielsweise eine Flüssigkeitsstrahlpumpe, weist einen Wärmetauscher auf. Anstelle der Flüssigkeitsstrahlpumpe kann auch ein anderer Vakuumerzeuger vorhanden sein.
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Aus dem Mischer 5 lässt sich ein Teil des Materials oder das gesamte, von den PAK's gereinigte Material einem Silo 5b zuführen. Von dort lässt es sich zu einem Kühlapparat 6 überführen. Von diesem Kühlapparat 6 aus wird es dann auf einer Halde zur Zwischenlagerung zugeführt, bevor es wieder zum Straßenbau verwendet wird.
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Aus dem Apparat 3a zusammen mit einer ersten Fraktion der aus dem Straßenaufbruchmaterial unter dem Einfluss der darin angewandten Temperatur (und einem bereits in dem Apparat 3a ansetzbaren Unterdruck) entweichende kohlenwasserstoffhaltige Heißgase 9 werden über eine Einrichtung 9a zur Vorentstaubung und zu einer Einrichtung 9b zur thermischen und/oder katalytischen Nachbehandlung geleitet. Deren Abgase werden über eine Leitung 13 zu einem Wärmetauscher 13a geleitet, der seine Wärme an die Umgebungsluft abgibt, welche über eine Leitung 17 und einen Ventilator 17a zugeführt wird, und Abgase werden über eine Leitung 14 an eine weitere Anlage 14a zur Entstaubung und Nachbehandlung der Abluft geleitet. Von dieser aus wird das Abgas über eine Leitung 14b und einem Ventilator 14c zu einem Schornstein 14d weitergeleitet. Von dem Wärmetauscher 13a wird vorgewärmte Sekundärluft 19 über eine Leitung zu der Brennkammer 1 sowie zur Brennvorrichtung 2 geführt.
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Der direkt beheizte Apparat 3a wird zur Vermeidung von Kondensationsproblemen vorzugsweise im Gleichstrom betrieben. Der Apparat 3a kann zusätzlich mit innenliegenden Förderorganen, beispielsweise Schneckeneinbauten, Spiral- oder Hubschaufeln, ausgestattet sein. Zusätzlich kann im Inneren des Apparats 3a auch ein Stauwehr vorgesehen werden, um den Füllgrad und die Verweildauer des zu behandelnden Materials zu beeinflussen.
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Die in 2 dargestellte Ausführungsform der Anlage unterscheidet sich von der in 1 abgebildeten Ausführungsform dadurch, dass im Anschluss an einen drehenden, trommelartigen Apparat 3b keine Einrichtung 9a zur Vorentstaubung vorgesehen ist.
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Der Apparat 3b gemäß 2 hat eine indirekte Beheizung durch einen Doppelmantel 3b', der Abgase über die Leitung 20 zugeführt werden. Dies schließt aber nicht aus, zusätzlich oder alternativ auch Abgase in das Innere des Apparats 3b einzubringen. Aus dem Apparat 3b entweichende Abgase können der Brenneinrichtung zugeführt werden.
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Aus dem Doppelmantel 3b' entweichende Heißgase 9 werden zu einem Wärmetauscher 13a geleitet, der seine Wärme an die Umgebungsluft abgibt, welche über eine Leitung 17 und einen Ventilator 17a zugeführt wird, und Abgase werden über eine Leitung 14 an eine weitere Anlage 14a zur Entstaubung und Nachbehandlung der Abluft geleitet. Von dieser aus wird das Abgas über eine Leitung 14b und einem Ventilator 14c zu einem Schornstein 14d weitergeleitet. Von dem Wärmetauscher 13a wird vorgewärmte Sekundärluft über eine Leitung 19 zu der Brennkammer 1 geführt.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel (3) werden zwei oder mehrere Drehrohröfen 3c, 3d im Wechsel oder parallel zueinander betrieben. Sie werden entweder, wie in 3 dargestellt, indirekt oder aber direkt beheizt. Im Übrigen ist die Ausführungsform gemäß 3 mit der aus 2 vergleichbar.
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Im Unterschied zu dem Apparat 3a (1) muss der Apparat 3b (2) mit höheren Temperaturen beheizt werden, da die Erwärmung indirekt über den Doppelmantel 3b' erfolgt. Der Nachteil indirekt beheizter Apparate besteht generell darin, dass außerhalb des Mantels hohe Temperaturen aufgebracht werden müssen, um einen ausreichenden Wärmefluss zu ermöglichen. Dies bedingt den Einsatz hochwertiger Stähle, außerdem muss der Mantelaußenraum auch noch zur Umgebung hin abgegrenzt werden. Wenn innerhalb des Apparats 3b ein Unterdruck erzeugt wird, kommt noch hinzu, dass der Mantel 3b' dem Unterdruck des Vakuums standhalten muss und überdies noch die Einleitung von Prozessdämpfen oder -gasen ermöglichen soll.
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Dem Apparat 3a, 3b oder den Apparaten 3c, 3d werden Apparate zur Reduzierung von Emissionen nachgeschaltet, insbesondere zur thermischen und/oder katalytischen Nachbehandlung.
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Um den Übergang auf den chargenweisen Betrieb zu gewährleisten, wird das aus dem Apparat 3a, 3b oder den Drehrohröfen 3c, 3d ausgeförderte, erwärmte Gut in ein isoliertes, gegebenenfalls beheiztes und unter atmosphärischem oder unter geringem Unterdruck gehaltenen Vorlagesilo 4 geleitet.
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Aus dem Silo 4 wird das erwärmte Gut in einen oder mehrere gegebenenfalls beheizte isolierte Behälter abgeleitet und dort bei einem Druck von 1 bis 600 mbar, vorzugsweise von 20 bis 100 mbar, evakuiert, um die in dem Material enthaltenen polyzyklischen Kohlenwasserstoffe und andere unerwünschte Verbindungen des Kohlenstoffs vollständig aus dem Material zu entfernen oder wenigstens in dem Umfang, wie es die geltenden gesetzlichen Grenzwerte erfordern.
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Die Verweilzeit kann zur Prozessoptimierung auch variiert werden. Vorgesehen sind beispielsweise Zeiten von 10 bis 90 Minuten.
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Die Behälter wie die Silos und der Mischer oder der Umwälzapparat arbeiten vorzugsweise im Chargenbetrieb, was die Bereitstellung des Unterdrucks erleichtert.
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Jeder der Behälter oder das Silo 4 oder der Mischer 5 lassen sich mit Hilfe eines Brenners (oder einer elektrischen Begleitheizung) vorwärmen, um eine Temperaturabsenkung des Gutes beim Anfahren zu vermeiden oder während des Betriebs zu halten oder ggfs. zu erhöhen. Das in den Behältern vorhandene Mineral wird durch Bewegungsorgane bewegt, bspw. durch sich drehende Behälter, oder durch innenliegende, rotierende Förder-/Mischeinrichtungen, um die Oberfläche des Schüttgutes zur Entgasung zu exponieren und um Verbackungen zu vermeiden.
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Eine intermittierende Zumischung von vorzugsweise vorgewärmten Gasen oder Dämpfen ist ebenfalls möglich, um die gasförmigen PAK's aktiv auszutreiben oder auszuspülen. Beispielsweise wird gasförmiger Stickstoff in den drehenden, trommelartigen Apparat eingeleitet. Der Apparat lässt sich im Chargenbetrieb etwa so betreiben, dass zunächst ein Unterdruck erzeugt wird, um wenigstens niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe aus dem Aufbruchmaterial herauszulösen. Sodann wird der Druck mittels eines inerten Gases, insbesondere mittels Stickstoff oder Kohlendioxid oder Umgebungsluft oder von Luft mit einem erhöhten Gehalt an Stickstoff und/oder Kohlendioxid, wieder auf etwa atmosphärischen Druck erhöht und das Gemisch dieser Gase mit den in ihnen gelösten Kohlenwasserstoffen einem Brenner zugeführt und in diesem verbrannt. Der Einsatz von Stickstoff, Argon und/oder Kohlendioxid kann notwendig sein, um, nachdem der Apparat erwärmt worden ist, die Möglichkeit einer Selbstentzündung der gasförmigen Kohlenwasserstoffe zu unterbinden. Dem Brenner sind Abgasnachbehandlungsanlagen vor- oder nachgeschaltet, um Stäube zu entfernen und/oder durch die Verbrennung entstehende Stickoxide und dgl. zu reduzieren. Vorzugsweise sind Filteranlagen mit entsprechenden Katalysatoren ausgestatten.
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Eine entsprechende Anordnung ist auch in Verbindung mit einem Behälter möglich, der vorzugsweise ebenfalls beheizt und/oder bei einem Unterdruck betrieben wird, wobei in diesem Fall der angewandte Unterdruck vorzugsweise unterhalb des Unterdrucks liegt, der bei dem dem mindestens einen Behälter vorgeordneten Apparat eingesetzt wird. Auch in diesem Fall entweichen aus dem Aufbruchmaterial, das in dem Behälter zwischengelagert wird, schwersiedende Kohlenwasserstoffe in die Gasphase. Sodann wird ein inertes Gas oder Gasgemisch zugeführt, um ferner eine Entzündung der in der Gasphase gelösten Kohlenwasserstoffe zu unterbinden. Dann werden die gasförmigen Kohlenwasserstoffe einem Brenner zugeführt, der insbesondere derselbe Brenner sein kann, wie der dem mindestens einen drehenden, trommelartigen Apparat beheizende Brenner. Auch in diesem Fall ist vorzugsweise eine Abgasnachbehandlung vorgesehen.
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Die Kohlenwasserstoffe, die aus dem Material entweichen, können beispielsweise auch gecrackt werden. Darunter ist eine Stoffumwandlung oder Konversion zu verstehen, durch die mittel- und langkettige Kohlenwasserstoffe in kurzkettige Kohlenwasserstoffe gespalten werden. Sowohl thermisches Cracken als auch katalytisches Cracken sind geeignet.
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Bevorzugt werden die aus dem Straßenaufbruchmaterial gewonnenen Kohlenwasserstoffe in dem Erwärmungsprozess wieder eingesetzt, um den mindestens einen drehenden, trommelartigen Apparat und/oder den mindestens einen nachgeordneten Behälter zu erwärmen oder diese Erwärmungsprozesse zu unterstützen.
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Das von dem Silo 5 abgegebene Produkt steht, nachdem es ausreichend abgekühlt ist, für die weitere Verwendung in dem Asphaltmischwerk zur Verfügung. Der Unterdruck in den Silos 4, 5 wird beispielsweise über ein nachgeschaltetes Vakuumaggregat erzeugt.
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Der in 4 dargestellte Aufbau einer Anlage zum Entfernen von PAK's aus Straßenausbruchsmaterial unterscheidet sich von den in 1 und 3 dargestellten Aufbauten dadurch, dass gemäß 4 zwei Apparate 3a, 3b in Reihe hintereinander geschaltet sind. Im Übrigen sind dieselben Aggregate vorgesehen, wie sie auch gemäß den anderen Ausführungsbeispielen dargestellt sind.
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Die abgeschiedenen gasförmigen PAK's werden vorzugsweise mit Hilfe von handelsüblichen Flüssigkeitsstrahlvakuumpumpen, in einem umlaufenden Strom aus Wasser, Wasserdampf, einem sonstigen Dampf, aus einem flüssigen Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoffgemisch wie Heizöl oder ein anderes brennbares Fluid als Treibmedium kondensiert und vorzugsweise zugleich emulgiert oder suspendiert. Ein Teilstrom wird dabei abgeschieden und kann anschließend als Brennstoff verwertet werden. Das Heizöl als Treibmittel in der Vakuumpumpe kann entweder gekühlt oder geheizt werden, um zum Beispiel seine optimale Funktion bei der Vakuumerzeugung zu erzielen.
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Wenn Wasser als Treibmittel der Strahlpumpe, verwendet wird (Wasserstrahlpumpe), werden die aus dem Aufbruchmaterial entwichenen, in dem Wasser gelösten oder emulgierten oder suspendierten Kohlenwasserstoffe anschließend durch eine Zentrifuge oder einen sonstigen thermischen oder mechanischen Abscheider wieder von dem Wasser getrennt. In diesem Fall kann das Wasser in einem geschlossenen Kreislauf eingesetzt werden.
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Erfindungsgemäß kommt vorzugsweise eine auch als Ejektor oder Aspirator bezeichnete Strahlpumpe zum Einsatz, die einen Unterdruck erzeugt, also eine vorwiegend absaugende Wirkung hat. Erfindungsgemäß kann die Strahlpumpe gleichzeitig als Brenner, beispielsweise als Bunsenbrenner, ausgebildet sein, der an anderer Stelle der gesamten Anlage zur wenigstens teilweisen Erwärmung eines zu der Anlage zugehörigen Aggregats dient, wie beispielsweise des mindestens Apparats. Die Strahlpumpe hat somit insgesamt auch eine Entlüftungsfunktion für die Aggregate der Anlage. Jedes einzelne Aggregat der Anlage wie beispielsweise der mindestens eine oder der mindestens eine Behälter wird vorzugsweise an eine Strahlpumpe angeschlossen, um gasförmige gelöste Kohlenwasserstoffe abzuführen. Entweder ist bereits die Strahlpumpe ausreichend, um den in dem jeweiligen Aggregat erforderlichen Unterdruck zu erzeugen, der ausreicht, um dem Aufbruchmaterial einen genügenden prozentualen Anteil der PAK's zu entziehen, oder es ist eine weitere Pumpe vorgesehen, um den erforderlichen Unterdruck zu erzeugen.
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Entweder ist bereits eine Flüssigkeitsstrahlpumpe ausreichend, um den in einem erfindungsgemäßen drehenden, trommelartigen Apparat und/oder einem Behälter, wie einem Silo oder einem Mischer, erforderlichen Unterdruck zu erzeugen, oder es werden mehrere Flüssigkeitsstrahlpumpen eingesetzt; ebenfalls ist eine Kombination unterschiedlicher Verfahren zur Erzeugung eines Unterdrucks möglich, beispielsweise mit dem Einsatz von Vakuumpumpen.
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Beispielsweise lassen sich die abgeschiedenen PAK's und gasförmige Fluide über eine Vakuumpumpe direkt einer thermischen Nachverbrennung zuführen.
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An einzelnen Aggregaten der in den 1 bis 4 dargestellten Anlagen lässt sich Abwärme, beispielsweise aus Abluft, zur Verbrennungsluftvorwärmung (indirekt) oder zur direkten Asphaltvorwärmung einsetzen.
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Die bei der Verbrennung entstehende Abluft wird in verschiedenen Anlagen wie beispielsweise den Anlagen 9a, 14a entstaubt; alternativ und/oder zusätzlich werden Stickoxide und/oder Schwefeloxide beseitigt, insbesondere katalytisch.
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Erfindungsgemäß lässt sich auch der Einsatz eines Inertgases vorsehen, um damit beispielsweise den Mischer 5 oder einen Ofen wie einen der Drehrohröfen 3a, 3b, 3c, 3d zu spülen, beispielsweise intermittierend, um die PAK's auszutreiben, oder als Aktivgas, um Kohlenwasserstoffe zu strippen, d. h., physikalisch zu trennen, wobei diese aus einer flüssigen Phase durch Desorptionsvorgänge (unter Ausnutzung des Henryschen Gesetzes) in die Gasphase überführt werden, oder zu cracken, um auf diese Weise eine möglichst einfache Abtrennung der PAK's zu erreichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 60010533 T2 [0004]
- DE 2365087 A1 [0005]
- DE 3443039 A1 [0006]
- DE 102004055474 A1 [0007]
- EP 1785202 A1 [0008]
