DE1494485C - Verfahren und Reaktor zum Herstellen von geblasenem Bitumen - Google Patents

Description

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Zur Steigerung des Erweichungspunktes von genommen, die Vorrichtung enthält aber zur Küh-Bitumen sowie in Fällen, wo ein zu Bitumen zu ver- lung des teilweise verblasenen Produkts ein Zusatzarbeitender Erdölrückstand oder ein sonstiges Aus- gerät. Zur Intensivierung des Vermischens sind in die gangsmaterial keine genügende Menge an bitumi- Rohrleitung mehrere Vormischer eingebaut, die zu nösen Anteilen enthält oder ein Bitumen von beson- 5 weiterer Erhöhung der Kosten führen,
deren Eigenschaften hergestellt werden soll, wird das Eine Zirkulationskolonne, der Luft und Flüssigauf eine entsprechende Temperatur erwärmte Aus- keit separat zugeführt werden und in der im Doppelgangsmaterial mit Luft verblasen. . ' zylinder das teilweise behandelte Material zirkuliert,

Von den bisher benutzten einfachsten, absatzweise ist aus einer weiteren Ausführung bekannt. Da hierarbeitenden Blasanlagen mit liegendem Kessel ist io bei die Luftverteilung nur sehr umständlich mit man auf die Verwendung von Blaskolonnen überge- einem besonderen Schaufelrad angetrieben durch gangen, in denen eine innigere Berührung zwischen eine durch den Reaktor in vertikaler Richtung ge-Ausgangsmaterial und Luft erreicht werden kann. Die führte Welle erfolgt, ist die bekannte Vorrichtung zur Qualität des geblasenen Bitumens ist nämlich um Lösung der Aufgabe nicht geeignet. Zur Steigerung so besser, je kürzer der bituminöse Stoff der Wärme- 15 der innigen Berührung mit Luft wurden in den wirkung ausgesetzt wird. Die Zeitdauer der Ver- Kolonnen Anschläge, Verteilerplatten, Teller und blasung kann um so kürzer gehalten werden, je sogar elektrisch angetriebene Rührer untergebracht, inniger die Berührung zwischen Luft- und Bitumen- In der Zeitschrift »Chemische Technik«, 14. Jahrteilchen ist. gang (1962) ist auf Seite 737, 738 auch eine aus zwei

Seit längerer Zeit sind verschiedene Verfahren und ao koaxialen Zylindern bestehende Blaskolonne (Reak-Vorrichtungen zur Verbesserung der Qualität von tor) beschrieben, in die das vorgewärmte Bitumen in Bitumen und bituminösen Stoffen vorgeschlagen den Bodenteil des Zwischenraumes zwischen den worden. Manche dieser Verfahren verwirklichen das beiden Zylindern und die Luft durch Rohrleitungen, Vermischen von bituminösen Materialien mit Luft die in denselben Zwischenraum in verschiedenen in einem Luftraumreaktor im Gegen- oder im as Höhenlagen einmünden, eingeführt wird. Da,s Bitu-Gleichstrom. Mit diesen Verfahren und Vorrichtun- men wird in diesem Zwischenraum mittels eines gen kann aber kein ausreichendes Vermischen von inerten Gases und/oder Dampfes nach oben geFlüssigkeit und Luft erreicht werden. drückt, und das im inneren Zylinder nach unten

Es wurden ferner Verfahren und Vorrichtungen strömende Bitumen wird außerdem noch mit frischer

vorgeschlagen, mit welchen das Verblasen in einem 30 Luft in Berührung gebracht. Angeblich ist auf diese

mit Flüssigkeit zumindest teilweise gefüllten Raum Weise ein geblasenes Bitumen mit guter Qualität zu

erfolgt. Solche Verfahren und Vorrichtungen haben gewinnen, das Verfahren erfordert aber gegenüber

den Vorteil, daß das Vermischen von Flüssigkeit und den zuvor genannten Verfahren eine wesentlich

Luft intensiver erfolgt, als in einem lediglich mit Luft höhere Luftmenge für die Verblasungsreaktion und

gefüllten Raum, haben aber den Nachteil, daß zur 35 außerdem noch die Verwendung eines besonderen

Einführung von Flüssigkeit und Luft separate Vor- Fördergases. Da die Herstellung der Kompression

richtungen benötigt werden, wodurch sich die Inve- den bedeutendsten Kostenfaktor der Verblasung

stitions- und Betriebskosten erhöhen. bildet, kann nur ein derartiges Verfahren noch wirt-

So wurde z. B. die Anwendung eines Heizrohren- schaftlich und technisch verbessert werden, wenn mit systems vorgeschlagen, wobei Bitumen mit Luft ver- 40 einem höchstens gleich großen Luftaufwand — also mischt, sodann einem Dampfabscheider zugeführt pro Stunde durchschnittlich 1 Nm^s Luft pro Tonne wird, in dem die flüchtigen Gase oben entweichen Bitumen — eine noch bessere Leistung erzielt wird, und das geblasene Produkt unten abgeleitet wird. als bei den vorbekannten Verfahren.
Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß das Röhren- Aufgabe der Erfindung ist somit, die Durchführung system infolge Verkokung und Verschmutzung 45 der Verblasung von bituminösen Stoffen unter Verschwer zu reinigen ist, weiter, daß die Zirkulation meidung der obengenannten Nachteile sowohl bei bloß mit einer Heißölpumpe aufrechterhalten wer- kontinuierlich wie bei diskontinuierlich arbeitendem den kann. Die Vorrichtung, in der zur Durchführung Betrieb sowie die Herstellung eines geblasenen der Reaktion, des Dampfabscheidens und der Zirku- Bitumens unter wirtschaftlichen Betriebsbedingungen, lation mehrere separate Apparate benötigt werden, 50 das noch vorteilhaftere Eigenschaften besitzt als.die ist daher umständlich und kostspielig, außerdem ist Produkte der vorbekannten Verfahren,
ein Produkt gleichmäßiger Zusammensetzung nur Zur Lösung dieser Aufgabe wurde ein Verfahren schwer zu gewinnen. zum Herstellen von geblasenem Bitumen oder bitu-

Gemäß einer weiteren bekannten Verblasevor- minösen Stoffen gefunden, bei welchem das Verrichtung kann die Kontinuität des Verfahrens nur 55 mischen und das innige Berühren unter Oxydation dann gewährleistet werden, wenn mehrere Apparate des zu verblasenden Materials mit Gas oder Gas-. nacheinander geschaltet werden. Diese haben über- gemisch mittels einer Düse in einem Reaktor oder in dies den Nachteil, daß sie aus mehreren Geräten zu- mehreren hintereinandergeschalteten Reaktoren mit sammengestellt sind, was aHein schon zur Erhöhung 'zusammenhängendem Flüssigkeitsraum durchgeführt der Investitions- und Betriebskosten führt. 60 wird und jeder Reaktor für sich eine oder mehrere

Nach· einer weiteren Methode kann das Verblasen aufwärts führende Zonen und eine oder mehrere iri einem mit Flüssigkeit gefüllten Kessel mit durch abwärts führende Zonenpaare in Reihenschaltung eine Leitung eingeführter Luft erfolgen. Die Ablauf- enthält, welches dadurch charakterisiert ist, daß man höhe des verblasenen Bitumens ist äußerst genau ein- in dem Reaktor aus dem vorgewärmtem Ausgangszuhalten, wozu noch eine besondere Vorrichtung er- 65 material in einer oder in mehreren aufwärts führenden forderlich ist. Zonen durch Einblasen von Luft, welche das Aus-

Nach einem weiteren bekannten kontinuierlichen gangsmaterial in dispersem Zustand versetzt und fein

Verfahren wird das Verblasen in üblicher Weise vor- zerteilt und welche zugleich auch als Fördergas dient,

Schaum bildet, diesen Schaum während seiner Überleitung in die abwärts führende Zone oder Zonen mindestens teilweise bricht und das geblasene Bitumen aus der letzten oder einzigen abwärts führenden Zone austrägt.

Ist nur eine einzige aufwärts führende Zone und eine mit dieser auch unten kommunizierende, abwärts führende Zone vorgesehen, so wird die eingeführte Menge des Ausgangsmaterials über beide Zonen so lange im Kreislauf geführt und verblasen, bis daraus . ein geblasenes Bitumen mit den gewünschten Eigenschaften entsteht. Zur Erzielung eines kontinuierlichen Betriebes wird der Kreislauf mit der ganzen Menge des eingeführten Aüsgangsmaterials über die beiden Zonen nur bis zum Konstantwerden der Betriebsverhältnisse fortgesetzt; nachher wird mir ein Anteil des geblasenen Bitumens vom Bodenteil der abwärts führenden Zone als Rückfluß in die aufwärts führende Zone zurückgeleitet, während der übrige Anteil kontinuierlich abgelassen und durch eine gleiche Menge frischen Ausgangsmaterials ersetzt wird.

Zur Durchführung dieses Verfahrens wird zweckmäßig ein Reaktor, bestehend aus zwei koaxialen, miteinander sowohl unten als oben kommunizierenden Zylindern und aus einem zweckmäßig erweiterten Kopf des inneren Zylinders, verwendet. Im Kopf sind Schaumbrecherplatten untergebracht, und aus seinem oberen Raum werden die Gase abgeführt. Die das Ausgangsmaterial und die Luft einführenden Organe münden in den unteren Teil des inneren Zylinders ein. Sie bestehen zweckmäßig aus einer einzigen Düse, der Ausgangsmaterial und Luft koaxial derart zugeführt werden, daß die perforierte Mündung der inneren Luftleitung in einer Einschnürung unterhalb der Mündung der äußeren, das Ausgangsmaterial zuführenden Leitung liegt. Das geblasene Produkt wird durch einen am äußeren Zylindermantel oberhalb der unteren Kommunikationsstelle der Zylinder angebrachten Rohrstutzen abgelassen.

Ein Ausführungsbeispiel des Reaktors und dessen Wirkungsweise wird an Hand der Zeichnung näher beschrieben.

Fj g. 1 zeigt einen Längsschnitt der Blasanlage nach Linie I-I der F i g. 2; ^v

Fig. 2 ist ein Querschnitt nach LinieH-II der Fig.l;

F i g. 3 ist ein vergrößerter Längsschnitt der Düse.

Das vorgewärmte Ausgangsmaterial wird durch eine Leitung 1, die Blasluft durch eine andere Leitung 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 abwärts führenden Zonen voneinander. Der innere Zylinder stützt sich auf ein Gitter 12, und zwischen den beiden Zylindermänteln sind nicht gezeichnete Distanzrippen vorgesehen. In den Zwischenraum zwischen den beiden Zylindermänteln, der die abwärts führende Zone des Reaktors bildet, münden an mehreren Stellen Sekundär-Luftleitungen 6 ein, und aus derselben Zone zweigen sich Stutzen 4 zum Ablassen des Produktes und Stutzen 9 für die Entnahme von Mustern ab.

Im erweiterten Reaktorkopf sind Schaumbrecherplatten 8 untergebracht. Die Gase und Dämpfe werden über Stutzen 7 aus dem Kopf 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 hur so viel Luft durch die in den eingeschnürten Teil der Düse 3 einmündende Leitung 2 eingeführt wird, daß kein Material in die Luftleitung 2 dringt. Nachher wird aber das eingefüllte Ausgangsmaterial durch die nunmehr in der bei der Verblasung üblichen Menge eingeführte Luft, die am perforierten Ende der Leitung 2 mit einer hohen linearen Geschwindigkeit austritt, mitgerissen, zerstäubt und verschäumt.

Der im Zylinder aufwärts strömende Schaum stößt gegen die Schaumbrecherplatten 8 und strömt in gebrochenem Zustand durch die abwärts führende Zone zwischen den beiden Zylindern 10,11 hindurch, um aus dem unteren Ende dieser Zone wieder in die

ao innere Zone zurückgeführt zu werden. Die Ver-· blasung wird bis zur Erreichung der gewünschten, mittels der Probierhähne 9 kontrollierten Qualität des geblasenen Bitumens fortgesetzt, dann wird das Produkt durch den bishin gesperrt gehaltenen

as Zapfen 4 abgelassen. Falls das Bitumen bei der Probenahme zu schäumig in der abwärts führenden Zone ankommt, wird durch die Leitung 6 Frischluft im Gegenstrom eingeblasen. Nach Konstantwerden der Betriebsverhältnisse kann man auf kontinuierliehen Betrieb einfach dadurch übergehen, daß man dem Reaktor durch die Leitung 1 fortwährend eine dem bei 4 abgelassenen Endprodukt entsprechende Menge frischen Rohstoffs zuführt.

Beispiel 1

Es wurden 150 kg Bitumen von einem Erweichungspunkt von 42° C und einer Penetration 204 bei 25° C bei einer Temperatur von 150 bis 160° C und einem Überdruck von 0,3 atü in den inneren Raum von 1601 Inhalt eines nach der Zeichnung mit 2201 Gesamtrauminhalt gebauten Blasgefäßes gepumpt und während der Einspeisung dem Bitumen 30 Nl/min Luft zugeführt. Nach Abstellung der Bitumenzufuhr wurde der Verblaser auf 250° C erhitzt und das Bitumen durch Einblasen einer auf 150 Nl/min erhöhten Luftmenge 4 Stunden lang im Kreislauf gehalten. Das so verblasene Bitumen hatte einen Erweichungspunkt von 85° C, eine Penetration 32 bei 25° C, 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 Stunden wurden 800 kg Bitumen eingeführt und praktisch ebenso viel 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 Verblasungsdestülate und Gase betrug 150 kg.

Beispiel 2 ,

Diesmal wurde ein Bitumen mit einem Erweichungspunkt von 47° C und einer Penetration bei 25° C in derselben Weise, wie im Beispiel 1 angegeben, verblasen. Das Endprodukt hatte die folgenden Eigenschaften: Erweichungspunkt 85° C, Penetration 25 bei 25° C, Fraass-Brechungspunkt

Vergleichsbeispiel 1

Unter Beibehaltung der herkömmlichen Art der Luftzuführung, bei der die Luftstrahlen durch im Kreis verteilte Bohrungen eines im Bodenteil der Blaskolonne angeordneten Luftverteilers eintreten, mußte eine gleiche Menge des im Beispiel 1 angegebenen Bitumens 17 Stunden lang bei 250° C und unter einem gleichen spezifischen Luftverbrauch in dem. anfänglichen Kreislauf gehalten werden, um ein Produkt von 85° C Erweichungspunkt zu gewinnen. Während des darauffolgenden lOtägigen kontinuierlichen Betriebs konnte nur 350 kg Rohstoff je 24 Stunden zugeführt werden, um ein Produkt von .85° C Erweichungspunkt zu gewinnen. Die Menge der Verblasungsdestillate und Gase betrug während dieser Zeit 60 kg. · .

Vergleichsbeispiel 2

Unter Beibehaltung der im vorgehenden Gegenbeispiel näher bezeichneten herkömmlichen Art der Luftzuführung führte die bis zur Steigerung des Erweichungspunktes von 47 auf 85° C fortgeführte Verblasung des laut Beispiel 2 eingeführten Rohstoffes zu. einem geblasenen Bitumen, dessen Penetration bei 25° C 21, der Fraass-Brechungspunkt aber nur -8⁰C war. Diese Eigenschaften entsprechen jedoch durchaus nicht den Forderungen, die gegenüber einem geblasenen Bitumen von 85° C Erweichungspunkt gestellt werden.

Gegenüber dem in der Zeitschrift »Chemische Technik«, 1962, S. 737, 738, beschriebenen Reaktor besitzt das erfindungsgemäße Verfahren, folgende technische Vorteile:

"a) Im Reaktor ist nur eine Zone von dem flüssigen Bitumen ausgefüllt. In der anderen Zone geht die Oxydation nur an dem über die Wand fließenden dünnen Bitumenfilm vonstatten (Dünnschichtreaktor). Dementsprechend sind der Nutzfüllraum und die Oxydationskapazität einer bestimmten Vorrichtung bei einem gegebenen Volumen mehrfach kleiner, als diejenigen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der beide Zonen mit durch Luft fein dispergiertem ■ Bitumen gefüllt sind.

b) Bei dem Reaktor wird die zur Oxydation nötige Luft an der äußeren Zone — an Stellen, die in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind — und am Unterteil des Reaktors mit Hilfe eines sehr komplizierten Organs eingeführt. Demgegenüber wird die Luft erfindungsgemäß mit Hilfe einer einfach ausgebildeten Düse eingeblasen. ..

c) Beim Reaktor ist der Luftverbrauch — wie aus der Literaturstelle ersichtlich — wesentlich höher als die theoretisch erforderliche Luftmenge. Demgegenüber ist der Luftverbraucrf der erfindungsgemäßen Vorrichtung beträchtlich günstiger. In einem der Erfindung entsprechenden Halbgroßbetrieb, der 30 Tonnen pro Tag eines geblasenen Produkts mit einem Erweichungspunkt von 85° C liefert, beträgt der spezifische Luftverbrauch 0,15 bis 0,16 Tonnen Luft pro Tonne Produkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren beeinflußt die Qualität der geblasenen Erzeugnisse günstig. Entsprechend den Erfahrungen können mit dieser Technologie aus demselben Grundstoff — bei gleichem

"5 Erweichungspunkt— Produkte mit besserer Penetration und niedrigerem Brechpunkt erhalten werden als es mit den bisherigen Verfahren der Fall war. Der Unterschied in der Penetration kann 6 bis 8 Einheiten, die Verbesserung des Brechpunktes sogar

ίο 2 bis 4° C erreichen. Solche Differenzen sind oft entscheidend, z. B. wenn Normvorschriften zu erfüllen sind.

Claims (4)

1. Patentansprüche: .

   ,j 1. Verfahren zum Herstellen von geblasenem

   Bitumen oder bituminösen Stoffen, bei welchem das Vermischen und das innige Berühren unter Oxydation des zu verblasenden Materials mit Gas oder Gasgemisch mittels einer Düse in einem

   _ao Reaktor oder in mehreren hintereinandergeschalteten Reaktoren mit zusammenhängendem Flüssigkeitsraum durchgeführt wird und jeder Reaktor für sich eine oder mehrere aufwärts führende Zonen und eine oder mehrere abwärts führende

   _a5 '-Zonenpaare -in -Reihenschaltung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Reaktor aus dem vorgewärmtem Ausgangsmaterial in einer oder in mehreren aufwärts führenden Zonen durch Einblasen von Luft, welche das Ausgangsmaterial in dispersem Zustand versetzt und fein zerteilt und welche zugleich auch als Fördergas dient, Schaum bildet, diesen Schaum während seiner Überleitung in die abwärts führende Zone oder Zonen mindestens teilweise bricht und das geblasene Bitumen aus der letzten oder einzigen abwärts führenden Zone austrägt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeführte Menge des Ausgangsmaterials in einer einzigen aufwärts führenden Zone und in einer mit dieser auch • unten kommunizierenden, ,.abwärts führenden Zone so lange in Kreislauf geführt und dabei verblasen wird, bis ein geblasenes Bitumen-mit,den gewünschten Eigenschaften entsteht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreislauf führung des ganzen anfänglichen Rohstoffeinsatzes nur bis zum Konstantwerden der Betriebsverhältnisse fortgesetzt wird, dann nur ein Teil des geblasenen Bitumens aus dem unteren Teil der abwärts führenden Zone zurückgeführt, der restliche Teil aber kontinuierlich abgelassen und durch frisch zugeführten Rohstoff ersetzt wird.
4. 4. Reaktor zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge-..· kennzeichnet, daß für das Einführen des Rohstoffes und der Luft in den Reaktor eine Düse (3) vorgesehen ist, die aus einer äußeren, unterhalb ihrer Austrittsöffnung eingeschnürten Rohrleitung (1) für den Rohstoff und einer in dieser Rohrleitung koaxial angeordneten Luftleitung (2) besteht, wobei die Luftleitung eine perforierte, unterhalb der Einschnürung der Rohstoffleitung angeordnete Austrittsöffnung aufweist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen