DE10351174B4

DE10351174B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Stoffgemischen

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Publication number: DE10351174B4
Application number: DE10351174A
Authority: DE
Inventors: Karl Reinhard Zeiss; Klaus Kahler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-05
Filing date: 2003-11-03
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2023-11-04
Also published as: DE10351174A1

Abstract

Verfahren zum Trennen von zusammenhängenden Einzelbestandteilen eines Stoffgemisches oder Teilchenverbundes, deren Einzelbestandteile aus anorganischen und/oder organischen Stoffen bestehen und/oder zum Zerkleinern von Stoffen oder Stoffgemischen, wobei
a) der Stoff, das Stoffgemisch (2) oder der Teilchenverbund innerhalb eines stoffabhängig vorgebbaren Temperaturfensters
b) wechselweise in einem oder mehreren Zyklen
c) abgekühlt und
d) erhitzt wird und
e) dass die Erhitzungs-/Abkühlzyklen zumindest bis zum Trennen des Stoffgemisches (2) in seine Einzelbestandteile (2a, 2b) vorgenommen wird, wobei
f) der Stoff, das Stoffgemisch (2) oder der Teilchenverbund insbesondere durch Schwerkraft oder schwerkraftunterstützt entlang einer Transportstrecke oder Strömungsführung (3) bewegt und
g) im Verlauf dieser Transportstrecke in mehreren Behandlungszonen (10, 10a, 11, 11a) während eines Freifalls nacheinander einer Wärmeenergiezufuhr und/oder einem Wärmeenergieentzug ausgesetzt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trennen von zusammenhängenden Einzelbestandteilen eines Stoffgemisches oder Teilchenverbundes, deren Einzelbestandteile aus anorganischen und/oder organischen Stoffen bestehen und/oder zum Zerkleinern von Stoffen oder Stoffgemischen. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Aus "Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 2, Verfahrenstechnik I, Verlag Chemie, Weinheim/Bergstr., 1972, S. 498 bis 545" sind die Grundlagen für Verfahren zur Destillation und Rektifikation und Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren beschrieben. Destillations- und Rektifikations-Verfahren dienen dem Abtrennen oder Reinigen von flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen durch ein- oder mehrmaliges Verdampfen und Kondensieren.

Aus der DE 197 55 578 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von anreagierten Bindepartikeln aus Ausgangskomponenten unterschiedlicher Rezepturen bekannt, wobei die Ausgangskomponenten durch Erhitzen verflüssigt und vermischt werden und diese flüssigen Komponenten insbesondere durch ein Einbringen in sehr kaltes, verflüssigtes Gas verfestigt und dabei derart versprödet werden, dass dies zu einer Granulierung und Verpulverung führt. Dies wird noch durch eine Bewegung des Komponentengemischs mittels eines Rührers während der Abkühlung unterstützt. Dieses Verfahren und diese Vorrichtung ist vor allem für kleinere Mengen an Ausgangskomponenten geeignet, da je nach Menge der Ausgangskomponenten auch eine entsprechende Menge an verflüssigtem Gas zur Verfügung stehen muss. Für Ausgangskomponenten, welche sich durch Erhitzen nicht ohne weiteres verflüssigen lassen, ist dieses Verfahren nicht geeignet.

Aus der DE 2 208 926 A ist ein Verfahren zur Zerkleinerung von alten Autoreifen bekannt, wobei die Autoreifen durch eine Tiefkühlung so spröde gemacht werden, dass eine Zerkleinerung in einer Schredderanlage möglich ist.

Aus der DE 100 62 947 A1 ist eine Aufbereitungseinrichtung für Gegenstände mit flüchtigen Inhaltsstoffen bekannt, bei der beim Recycling von Kühlgeräten ein zerkleinertes Materialgemisch unter inerten Bedingungen gekühlt wird, um ein Ausgasen flüchtiger Substanzen zu vermeiden. In einer Ausgaseinrichtung kann später das Materialgemisch wieder unter inerten Bedingungen auf etwa 80° C erhitzt werden, um ein kontrolliertes Ausgasen zu erreichen. Die ausgasenden Stoffe werden dabei durch ein Spühl- und/oder Inertgas aufgenommen und später mittels Kondensierung aus dem Inertgas abgeschieden.

Aus der DE 38 33 830 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kaltmahlen bekannt, bei der ein Grobgut durch kryogenes Kühlen mittels Kältemittel versprödet wird, um eine Verbesserung des Mahlergebnisses beim Kaltmahlen in einer Fließbett-Gegenstrahlmühle zu erreichen.

Aus der DE 801 711 B ist ein Verfahren zum Zerlegen eines Stoffes in ungleichartige Bestandteile mit Hilfe von mechanischen Schwingungen sehr hoher Frequenz bekannt. Für vergleichsweise lose miteinander verbundene Bestandteile können diese mechanischen Schwingungen genügen, bei festerer Bindung ist es erforderlich, den zu zerlegenden Stoff in einen anderen festen oder flüssigen Stoff einzubetten. Dieser Zusatzstoff muss aber nach der Zerlegung wieder entfernt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von zusammenhängenden Einzelbestandteilen eines Stoffgemisches oder Teilchenverbundes zu schaffen, wobei dies für die verschiedensten Stoffgemische einsetzbar sein soll und eine sichere und schnelle Trennung der Stoffgemische in seine Einzelbestandteile möglich sein soll.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 14 gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Unteransprüchen angegeben.

Zur Lösung der Aufgabe wird hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, dass der Stoff, das Stoffgemisch oder der Teilchenverbund innerhalb eines stoffabhängig vorgebbaren Temperaturfensters wechselweise in einem oder mehreren Zyklen abgekühlt und erhitzt wird und dass die Erhitzungs-/Abkühlzyklen zumindest bis zum Trennen des Stoffgemisches in seine Einzelbestandteile vorgenommen wird, wobei der Stoff, das Stoffgemisch oder der Teilchenverbund insbesondere durch Schwerkraft oder schwerkraftunterstützt entlang einer Transportstrecke oder Strömungsführung bewegt und im Verlauf dieser Transportstrecke in mehreren Behandlungszonen während eines Freifalls nacheinander einer Wärmeenergiezufuhr beziehungsweise einem Wärmeenergieentzug ausgesetzt wird.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine Energiezuführeinrichtung sowie wenigstens eine Energieentzugseinrichtung zum abwechselnden Erhitzen und Abkühlen des Stoffes, des Stoffgemisches oder des Teilchenverbundes mit hohem Temperaturgradienten und eine Strömungsführung für den Stoff, das Stoffgemisch vorgesehen sind, wobei die Strömungsführung im Wesentlichen fallrohrförmig ausgebildet ist und im Verlauf der Strömungsführung während eines Freifalls abwechselnd Wärmeenergieentzugseinrichtung für das Abkühlen und Wärmeenergiezuführeinrichtungen für das Erwärmen des Stoffes, des Stoffgemisches oder des Teilchenverbundes vorgesehen sind.

Dadurch wird das zu trennende Stoffgemisch, Teilchenverbund, Konglomerat oder dergleichen und bedarfsweise auch die einzelnen Stoffe mit einer Wechselbelastung beaufschlagt, die nach einer materialabhängigen Zyklenzahl zumindest zum sicheren Zerlegen des Stoffgemisches in seine Einzelbestandteile führt. Bedarfsweise kann damit auch, insbesondere bei einer fortgeführten Wechselbelastung, ein Zerkleinern des oder der Einzelstoffe vorgenommen werden.

Vergleichbar ist dies mit einer mechanischen Wechselbiegebeanspruchung bis zum Bruch.

Das Stoffgemisch oder der Teilchenverbund können beispielsweise als Schüttgut oben eingegeben werden und gelangen dann schwerkraftbedingt durch die Strömungsführung zum Auslass, wo die voneinander getrennten Einzelbestandteile als Stoffgemenge aufgefangen werden können. Die Zerteilung des zunächst zusammenhängenden Stoffgemisches erfolgt während des Freifalls durch die Strömungsführung und somit in kürzester Zeit. Es ist damit auch ein kontinuierliches Bearbeiten in einem Durchlaufprozess möglich.

Um die rohrförmige Strömungsführung für das Stoffgemisch oder den Teilchenverbund können jeweils in einer Erwärmungszone und/oder einer Abkühlzone mehrere Energiezuführeinrichtung beziehungsweise Energieentzugseinrichtung insbesondere am Umfang verteilt angeordnet sein.

Der Stoffgemischstrom wird dadurch umfänglich von mehreren Seiten gleichzeitig von Energiezuführeinrichtungen beziehungsweise Energieentzugseinrichtung mit Wärme und Kälte beaufschlagt, so dass die einzelnen Verbundteile des Stoffgemisches gleichmäßig und intensiv beaufschlagt und dadurch voneinander getrennt werden.

Nach dem Trennvorgang des Stoffgemisches liegt ein Stoffgemenge aus den vorher zusammenhängenden Einzelbestandteile des Stoffgemisches vor, das bedarfsweise auf konventionelle Weise einfach zu fraktionieren ist.

Es können damit unterschiedlichste Stoffgemisch auf vergleichsweise einfache Art zerlegt werden. Das Stoffgemisch kann mehr als zwei Einzelbestandteile aufweisen, die alle oder gruppenweise miteinander innerhalb des Stoffgemisches verbunden sind.

Die zusammenhängenden Einzelbestandteile eines Stoffgemisches oder Teilchenverbundes können dabei formschlüssig miteinander verbunden sein, beispielsweise zumindest bereichsweise ineinander eingebettet sein. Weiterhin können die Einzelbestandteile aneinanderhaften, also stoffschlüssig miteinander verbunden sein.

Der Temperaturbereich innerhalb des vorgebbaren Temperaturfensters kann in weiten Grenzen variieren, wobei dies von dem jeweils aufzutrennenden Stoffgemisch und dessen Einzelbestandteilen abhängt. So können beispielsweise aus Feststoffen bestehende Stoffgemische innerhalb eines bei vergleichsweise hoher Umgebungstemperatur liegenden Temperaturfensters getrennt werden, während Stoffgemische mit wenigstens einer (gebundenen) Flüssigkomponente zweckmäßigerweise innerhalb eines Temperaturfensters beaufschlagt werden, dessen untere Temperaturgrenze unterhalb der Erstarrungstemperatur der flüssigen Komponente(n) liegt, gegebenenfalls auch ganz wesentlich unterhalb dieser Erstarrungstemperatur.

Eine Optimierung des Trennvorganges kann vor allem durch die Lage des jeweils gewählten Temperaturfensters innerhalb der Temperaturskala, also durch die Temperaturdifferenz, die Temperaturgrenzen und auch durch die Anzahl der Temperaturwechsel und die Wechselgeschwindigkeit erreicht werden.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Stoff, das Stoffgemisch oder der Teilchenverbund innerhalb des Temperaturfensters wechselweise in einem oder mehreren Zyklen schockartig, vorzugsweise mit hohem Temperaturgradienten abgekühlt und erhitzt wird. Dies begünstigt ein schnelles und gründliches Trennen eines Stoffgemisches und/oder ein Zerteilen eines Stoffes.

Weiterhin kann der Stoff, das Stoffgemisch oder der Teilchenverbund mittels Schwingungsenergie beaufschlagt werden und es kann vorzugsweise eine angepasste Eigenresonanzenergiezufuhr vorgenommen werden,

Diese Maßnahmen tragen ebenfalls dazu bei, dass ein gründliches Trennen eines Stoffgemisches und/oder ein Zerteilen eines Stoffes erfolgt.

Beispielsweise kann das Stoffgemisch Ölschiefer sein, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in Schieferöl und nicht verwertete Bestandteile zerlegt werden kann.

Aus der DE 2 000 324 A ist ein Verfahren zum Brechen von Molekularbindungen bekannt, das auch zur Gewinnung von Schieferöl eingesetzt wird. Dieses Trennverfahren ist vergleichsweise aufwendig, wobei für das Trennen von Schieferöl von den übrigen Bestandteilen ein flüssiges Trägermittel erforderlich ist und der Trennvorgang durch Eintragen von Schallenergie erfolgt.

Auch für die Gewinnung von Einzelbestandteilen aus Ölsand ist das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar. Das Stoffgemisch besteht in diesem Fall im Wesentlichen aus Sand und Bitumen. Die Gewinnung von Öl beziehungsweise Bitumen aus sogenanntem Ölsand erfolgt bislang noch vergleichsweise aufwendig in mehreren Trennungs- und Veredlungsverfahren, welche das Endprodukt entsprechend verteuern.

Zur Herstellung eines Verbundmaterials aus den Einzelbestandteilen des zuvor zerlegten Stoffgemisches, beispielsweise dem erfindungsgemäß gewonnenem Bitumen oder dergleichen bindendem, pulver- oder kornförmigem Klebematerial als einem Einzelbestandteil mit Sand oder dergleichen zu bindenden, pulver-, korn- oder granulatförmigen Trägermaterial als dem anderen Einzelbestandteil, kann das Trägermaterial und das Klebematerial in einem Mischvorgang weitgehend gleichmäßig verteilt und miteinander verbunden werden, indem das Trägermaterial zumindest kurzzeitig mindestens auf die Schmelztemperatur des Klebematerials erwärmt wird und dass dabei die Klebematerialpartikel durch punktuellen Kontakt mit den Trägermaterialpartikeln an der Oberfläche der Trägermaterialpartikel angeschmolzen werden und anhaften.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn der Mischvorgang unter Zuhilfenahme wenigstens eines elektrostatischen Feldes vorgenommen wird und/oder wenn das Klebematerial vorzugsweise elektrostatisch aufgeladen dem Mischvorgang zugeführt wird.

Bei dem Mischvorgang können gleichmäßig auf der Oberfläche der Trägermaterialpartikel verteilt einige Klebematerialpartikel punktuell anhaften, wobei die Menge der anhaftenden Klebematerialpartikel gut steuerbar ist. Durch die nur kurzzeitige Erwärmung der Trägermaterialpartikel können die wesentlich kleineren Klebematerialpartikel an den Trägermaterialpartikeln anschmelzen, so dass zwar eine ausreichende Verbindung zwischen diesen Partikeln zustande kommt, jedoch eine Verschmelzung und Anhaftung der mit Klebematerialpartikeln versehenen Trägermaterialpartikel untereinander weitgehend vermieden wird. Dies wird auch durch die gleichmäßige Verteilung der Materialien während des Mischvorgangs unterstützt. Dadurch kann das entstehende rieselfähige beziehungsweise als Schüttgut vorliegende Verbundmaterial vor der endgültigen Verwendung einfach gelagert und/oder transportiert werden.

Das elektrostatische Feld und die elektrostatische Aufladung begünstigt eine gleichmäßige Verteilung der zu vermischenden Materialien und auch die Anlagerung von Klebematerialpartikeln an die Trägermaterialpartikel.

An das Verfahren zum Trennen von zusammenhängenden Einzelbestandteilen eines Stoffgemisches oder Teilchenverbundes kann sich das Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials aus Bitumen oder dergleichen bindendem, pulver- oder kornförmigem Klebematerial mit Sand oder dergleichen zu bindenden, pulver-, korn- oder granulatförmigen Trägermaterial vorzugsweise kontinuierlich anschließen. Damit kann dann praktisch ein Umwandlungsprozess vorgenommen werden, bei dem die Einzelbestandteile Bitumen und Sand zwar erhalten bleiben, jedoch in einer anderen Art miteinander verbunden werden. Wesentlich ist dabei, dass das Verbundmaterial ein anderes Teilchenverhältnis aufweist als das Ausgangsmaterial Ölsand. Das Verbundmaterial hat vorzugsweise nur einen Anteil von etwa 1% oder weniger bezogen auf das Gesamtvolumen.

Das Stoffgemisch oder der Teilchenverbund kann zum Trennen in seine Einzelbestandteile zuerst erhitzt und danach abgekühlt werden.

Andererseits kann auch in umgekehrter Reihenfolge zuerst abgekühlt und dann erhitzt werden. Die Reihenfolge der Behandlung ist unter anderem von den zu trennenden Materialien und deren Verbindung untereinander abhängig und kann insbesondere bei nur wenigen, zum Beispiel zwei oder drei Zyklen Bedeutung haben. Bei einer Behandlung mit einer Vielzahl von Erwärmungs- und Abkühlzyklen spielt die Reihenfolge der Behandlung eine untergeordnete Rolle.

Ein besonders schnelles und starkes Abkühlen des Stoffgemisches oder des Teilchenverbundes kann bevorzugt mittels verflüssigtem Gas, insbesondere mit Stickstoff vorgenommen werden. Damit lässt sich das Stoffgemisches oder der Teilchenverbund extrem weit, mit Hilfe von flüssigem Stickstoff bis etwa –196°C und auch sehr schnell abkühlen. Dieses starke Abkühlen führt zu einer Versprödung der Materialien, so dass ein Zerlegen des Stoffgemisches begünstigt ist.

Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn das verflüssigte Gas in das Stoffgemisch oder den Teilchenverbund insbesondere seitlich und/oder entgegen der Bewegungsrichtung des Stoffgemisches in einem vorzugsweise rohrförmigen Behälter eingeblasen wird.

Das seitliche also quer zur Förder- oder Transportrichtung des Stoffgemisches oder des Teilchenverbundes vorgesehene Einblasen ergibt einen intensiven Kontakt mit dem Stoffgemisch oder Teilchenverbund, so dass dadurch ein rasches Abkühlen des Stoffgemisches und dergleichen erfolgt.

Weist die Einblasrichtung des Kühlgases eine Komponente entgegen der Bewegungsrichtung des Stoffgemisches auf, so führt dies zu einer Reduzierung der Fördergeschwindigkeit des Stoffgemisches und bei einem im Wesentlichen vertikal angeordneten, rohrförmigen Behälter zu einer Reduzierung der Fallgeschwindigkeit des Stoffgemisches.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Erhitzen des Stoffgemisches oder des Teilchenverbundes mittels Mikrowellenstrahlung vorgenommen wird.

Durch die Mikrowellenstrahlung werden die Einzelbestandteile des Stoffgemisches oder der Teilchenverbund vom Inneren also vom Kern her erwärmt. In Verbindung mit einem Kontaktkühlverfahren, zum Beispiel mit eingesprühtem Flüssiggas, wo eine Abkühlung der Einzelbestandteile des Stoffgemisches oder der Teilchenverbund von außen erfolgt, ergibt dies eine besonders effektive Wechselbeaufschlagung von verschiedenen Seiten der Einzelbestandteile des Stoffgemisches und damit ein schnelles und sicheres Zerteilen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Strömungsführung im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet sein und vorzugsweise etwa vertikal verlaufen, wobei im Verlauf der Längserstreckung der Strömungsführung abwechselnd Zuführungen für das Abkühlen und Energiezuführeinrichtungen für das Erwärmen des Stoffgemisches oder des Teilchenverbundes vorgesehen sind.

Die Anzahl der abwechselnd angeordneten Energiezuführeinrichtungen und der Energieentzugseinrichtung im Verlauf der Längserstreckung der Strömungsführung richtet sich nach dem zu zerlegenden Material und ist auch von der zur Verfügung stehenden Energie beim Abkühlen und Erhitzen abhängig. Bei einer größeren Anzahl von Energiezuführeinrichtungen und der Energieentzugseinrichtung können diese entweder alle aktiviert sein oder aber es können bei leicht zu zerlegenden Materialien ein Teil er Einrichtungen deaktiviert werden. Damit ist die Trennvorrichtung universell für verschiedene Stoffgemische oder den Teilchenverbunde einsetzbar beziehungsweise in ihrer Leistungsfähigkeit anpassbar.

Zweckmäßigerweise sind am oberen Ende der rohrförmigen Strömungsführung ein Einlass für das Stoffgemisch oder den Teilchenverbund und am unteren Ende ein Auslass für deren Einzelbestandteile vorgesehen sind.

Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt stärker schematisiert:
Eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Trennen von miteinander verbundenen Einzelbestandteilen eines Stoffgemisches.
Eine in der Figur gezeigte Vorrichtung 1 dient in erster Linie zum Trennen von insbesondere form- und/oder stoffschlüssig zusammenhängenden Einzelbestandteilen 2a, 2b eines Stoffgemisches 2 oder eines Teilchenverbundes. Die Einzelbestandteile 2a, 2b sind insbesondere ungleichartige Bestandteile, können jedoch auch gleichartige Bestandteile sein. Bei gleichartigen Bestandteilen können diese in kleinere Bestandteile zerteilt werden.
Die Vorrichtung 1 weist als Strömungsführung 3 für das Stoffgemisch 2 ein Fallrohr 4 auf, in dem der Trennvorgang des Stoffgemisches stattfindet. Im Verlauf der Strömungsführung 3 sind dazu mehrere Energiezuführeinrichtungen 5 sowie mehrere Energieentzugseinrichtungen 6 angeordnet. Damit kann das in seine Einzelbestandteile zu zerlegende Stoffgemisch 2 innerhalb eines vorgebbaren Temperaturfensters wechselweise in mehreren Zyklen schnell oder schockartig abgekühlt und erhitzt werden.
Das wechselweise, in einem oder mehreren Zyklen erfolgende Abkühlen und Erhitzen des Stoffes, des Stoffgemisches 2 oder des Teilchenverbunds kann jeweils innerhalb von Zeitabschnitten im Millisekundenbereich bis in den Minutenbereich vorgenommen werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Stoffgemisch 2 bei seinem Durchlauf durch die Strömungsführung 3 zunächst gekühlt und dann erhitzt, danach wiederum gekühlt und wieder erhitzt. Es sind in diesem Ausführungsbeispiel also vier Behandlungszonen 10, 11, 10a, 11a innerhalb des Durchlaufes des Stoffgemisches 2 durch das Fallrohr 4 vorhanden.
Dieses weist oberseitig eine trichterartig angedeutete Zuführung 7 für das zu zertrennende Stoffgemisch 2 auf, bei der das Stoffgemisch, symbolisch angedeutet durch den Pfeil Pf 1, zugeführt wird. Das Stoffgemisch 2 oder der Teilchenverbund kann zunächst zerkleinert werden, bevor das Zerlegen in seine Einzelbestandteile 2a, 2b vorgenommen wird. Dieses vorherige Zerkleinern kann sich darauf beschränken, das Stoffgemisch 2 in eine gut handhabbare Teilegröße zu bringen.
Im Zuführbereich ist erkennbar, dass das Stoffgemisch 2 einen Teilchenverbund aus zwei ungleichen Einzelbestandteilen 2a, 2b aufweist. Die beiden Einzelbestandteile sind im Ausführungsbeispiel durch formschlüssige Einbettung des Einzelbestandteiles 2b in das Einzelbestandteil 2a miteinander verbunden. Die Verbindung könnte auch darin bestehen, dass die Einzelbestandteile teilweise oder ganz formschlüssig ineinander gebettet und/oder durch Haftkräfte stoffschlüssig aneinandergebunden sind. Die vorgesehene Trennbehandlung führt dazu, dass die Einzelbestandteile im wesentlichen mechanisch durch thermische Beaufschlagung voneinander getrennt werden.
Als Energieentzugseinrichtungen 6 können Kühlgaszuführungen 8 und als Energiezuführeinrichtungen Mikrowellenstrahler 9 vorgesehen sein. Im Ausführungsbeispiel sind, wie bereits vorerwähnt, vier Behandlungszonen vorgesehen, wobei zunächst eine Kühlzone 10, anschließend eine Heizzone 11 und dann wieder eine Kühlzone 10a und darunter eine Heizzone 11a vorgesehen sind. Bedarfsweise können auch mehr als vier solcher Behandlungszonen vorgesehen sein oder auch nur zwei davon. Die einzelnen Behandlungszonen können auch zur unterschiedlichen thermischen Beaufschlagung des Stoffgemisches eingerichtet sein. So kann das Temperaturfenster der ersten beiden Behandlungszonen 10 und 11 andere Grenztemperaturen und gegebenenfalls auch eine andere Lage innerhalb der Temperaturskala aufweisen als das Temperaturfenster der Behandlungszonen 10a und 11a.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das vorgebbare Temperaturfenster mit seinem unteren Temperaturgrenzwert unterhalb der Erstarrungstemperatur zumindest eines flüssigen Einzelbestandteiles des Stoffgemisches 2 liegt. Dies kann insbesondere durch Einblasen von Flüssiggas erfolgen. Auch wenn als Bestandteile des Stoffgemisches nur Feststoffe vorliegen kann eine extreme Abkühlung wesentlich mit zu einer schnellen Zerlegung des Stoffgemisches beitragen.
Zur intensiven Beaufschlagung des Stoffgemisches oder Teilchenverbundes oder Konglomerates können in jeder Behandlungszone 10, 11 mehrere Energieentzugseinrichtungen 6 beziehungsweise Energiezuführeinrichtungen 5 am Umfang verteilt angeordnet sein. Im Ausführungsbeispiel sind der Einfachheit halber jeweils auf gegenüberliegenden Seiten entsprechende Einrichtungen angeordnet.
Im unteren Bereich der durch das Fallrohr 4 gebildeten Strömungsführung 3 sind Einblasvorrichtungen 12 erkennbar, die so ausgerichtet sind, dass entgegen der schwerkraftbedingten Fallrichtung des Stoffgemisches 2 beziehungsweise seiner Einzelbestandteile 2a, 2b ein Gasgegenstrom 13 gebildet ist, durch den die Fallgeschwindigkeit des zu behandelnden Produktes reduziert und/oder gesteuert werden kann. Dies kann auch erreicht oder unterstützt werden, indem die Kühlgaszuführungen 8 schräg nach oben einblasen, so dass ebenfalls eine Gegenstromkomponente zur Reduzierung der Fallgeschwindigkeit vorhanden ist.
Durch die Reduzierung der Fallgeschwindigkeit kann die Verweildauer des Stoffgemisches 2 in den Behandlungszonen verlängert und damit die wechselnde Kühl- und Heizbeaufschlagung verbessert werden im Sinne einer schnellen Auftrennung des Stoffgemisches 2.
An den in der Figur dargestellten, einzelnen Einzelbestandteilen 2a, 2b ist im Verlauf des Fallweges durch die Behandlungszonen gut erkennbar, wie sich bereits nach dem Durchlaufen der ersten beiden Zonen 10,11 einzelne Bestandteile aus dem Verbund gelöst haben, bis dann am unteren Ende nach dem Durchlaufen aller Behandlungszonen nur noch Einzelbestandteile in einem Stoffgemenge vorliegen.
Am unteren Ende des Fallrohres 4 ist ein Auffangbehältnis 14 angeordnet, in dem die unten austretenden Einzelbestandteile 2a, 2b als Stoffgemenge aufgefangen und anschließend einer Weiterverarbeitung, beispielsweise zur Herstellung eines Verbundmaterial zugeführt werden.
Anstatt eines Fallrohres 4 für einen schnellen Transport und eine besonders schnelle Bearbeitung eines Stoffgemisches 2 können zum Transportieren auch andere Transporteinrichtungen wie beispielsweise Förderbänder oder im Wesentlichen horizontale Förderrohre mit einem Fördergasantrieb vorgesehen sein. Auch damit lässt sich der zu behandelnde Stoff durch die einzelnen Behandlungszonen zum Erwärmen, Kühlen und bedarfsweise zum Beaufschlagen mit Schwingungsenergie transportieren.

Claims

Verfahren zum Trennen von zusammenhängenden Einzelbestandteilen eines Stoffgemisches oder Teilchenverbundes, deren Einzelbestandteile aus anorganischen und/oder organischen Stoffen bestehen und/oder zum Zerkleinern von Stoffen oder Stoffgemischen, wobei a) der Stoff, das Stoffgemisch (2) oder der Teilchenverbund innerhalb eines stoffabhängig vorgebbaren Temperaturfensters b) wechselweise in einem oder mehreren Zyklen c) abgekühlt und d) erhitzt wird und e) dass die Erhitzungs-/Abkühlzyklen zumindest bis zum Trennen des Stoffgemisches (2) in seine Einzelbestandteile (2a, 2b) vorgenommen wird, wobei f) der Stoff, das Stoffgemisch (2) oder der Teilchenverbund insbesondere durch Schwerkraft oder schwerkraftunterstützt entlang einer Transportstrecke oder Strömungsführung (3) bewegt und g) im Verlauf dieser Transportstrecke in mehreren Behandlungszonen (10, 10a, 11, 11a) während eines Freifalls nacheinander einer Wärmeenergiezufuhr und/oder einem Wärmeenergieentzug ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff, das Stoffgemisch (2) oder der Teilchenverbund innerhalb des Temperaturfensters wechselweise in einem oder mehreren Zyklen schockartig, vorzugsweise mit hohem Temperaturgradienten abgekühlt und erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff, das Stoffgemisch (2) oder der Teilchenverbund mittels Schwingungsenergie beaufschlagt wird und dass vorzugsweise eine angepasste Eigenresonanzenergiezufuhr vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoffgemisch (2) oder der Teilchenverbund zum Trennen in seine Einzelbestandteile (2a, 2b) oder zum Zerteilen zuerst erhitzt und danach abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff, das Stoffgemisch (2) oder der Teilchenverbund mittels verflüssigtem Gas, insbesondere Stickstoff abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das verflüssigte Gas in den Partikel-Stoff, das Stoffgemisch (2) oder den Teilchenverbund insbesondere seitlich und/oder entgegen der Bewegungsrichtung des Stoffgemisches (2) in einem vorzugsweise rohrförmigen Behälter eingeblasen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen des Stoffes, des Stoffgemisches (2) oder des Teilchenverbundes mittels Mikrowellenstrahlung vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgebbare Temperaturfenster mit seinem unteren Temperaturgrenzwert unterhalb der Erstarrungstemperatur zumindest eines flüssigen Einzelbestandteiles des Stoffgemisches (2) oder des Teilchenverbundes gelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wechselweise, in einem oder mehreren Zyklen erfolgende Abkühlen und Erhitzen des Stoffes, des Stoffgemisches (2) oder des Teilchenverbunds jeweils innerhalb von Zeitabschnitten im Millisekundenbereich bis in den Minutenbereich vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff, das Stoffgemisch (2) oder der Teilchenverbund vor dem Zerlegen in seine Einzelbestandteile (2a, 2b), zerkleinert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stoffgemisch (2) aus insbesondere vorzerkleinertem Ölsand in seine Einzelbestandteile Öl beziehungsweise Bitumen und Sand zerlegt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zerlegen des Stoffgemisches (2) in seine Einzelbestandteile (2a, 2b), diese zur Herstellung eines Verbundmaterials aus Bitumen oder dergleichen bindendem, pulver- oder kornförmigem Klebematerial mit Sand oder dergleichen zu bindenden, pulver-, korn- oder granulatförmigen Trägermaterial, das Trägermaterial und das Klebematerial in einem Mischvorgang weitgehend gleichmäßig verteilt und miteinander verbunden werden, indem das Trägermaterial zumindest kurzzeitig mindestens auf die Schmelztemperatur des Klebematerials erwärmt wird und dass dabei die Klebematerialpartikel durch punktuellen Kontakt mit den Trägermaterialpartikeln an der Oberfläche der Trägermaterialpartikel angeschmolzen werden und anhaften.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischvorgang unter Zuhilfenahme wenigstens eines elektrostatischen Feldes vorgenommen wird.
Vorrichtung zum Trennen von zusammenhängenden Einzelbestandteilen eines Stoffgemisches oder Teilchenverbundes, oder eines Stoffes, deren Einzelbestandteile aus anorganischen und/oder organischen Stoffen bestehen, a) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei b) wenigstens eine Energiezuführeinrichtung (5) sowie c) wenigstens eine Energieentzugseinrichtung (6) d) zum abwechselnden Erhitzen und Abkühlen des Stoffes, des Stoffgemisches (2) oder des Teilchenverbundes mit hohem Temperaturgradienten und e) eine Strömungsführung (3) für den Stoff, das Stoffgemisch (2) vorgesehen sind, wobei f) die Strömungsführung (3) im Wesentlichen fallrohrförmig ausgebildet ist und im Verlauf der Strömungsführung (3) während eines Freifalls abwechselnd Wärmeenergieentzugseinrichtung (6) für das Abkühlen und Wärmeenergiezuführeinrichtungen (5) für das Erwärmen des Stoffes, des Stoffgemisches (2) oder des Teilchenverbundes vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezuführeinrichtung (5) wenigstens einen Mikrowellenstrahler (9) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieentzugseinrichtung (6) wenigstens eine Zuführung (8) für Kühlgas, vorzugsweise verflüssigtes Gas, insbesondere Stickstoff aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende der rohrförmigen Strömungsführung (3) ein Einlass (7) für den Stoff, das Stoffgemisch (2) oder den Teilchenverbund und am unteren Ende ein Auslass für deren Einzelbestandteile (2a, 2b) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung (8) für das Kühlgas für eine Durchströmung des Stoffes, des Stoffgemisches (2) quer und/oder entgegen der Bewegungsrichtung des Stoffgemisches (2) in deren Strömungsführung (3) ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass um die rohrförmige Strömungsführung (3) für den Stoff, das Stoffgemisch (2) oder den Teilchenverbund jeweils in einer Erwärmungszone (11, 11a) und/oder einer Abkühlzone (10, 10a) mehrere Energiezuführeinrichtung (5) beziehungsweise Energieentzugseinrichtung (6) insbesondere am Umfang verteilt angeordnet sind.