DE2939334A1

DE2939334A1 - Bituminoese masse und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2939334A1
Application number: DE19792939334
Authority: DE
Inventors: Sydney George Fogg; Douglas Wilson
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1978-10-06
Filing date: 1979-09-28
Publication date: 1980-04-17
Also published as: GB2037299A; FR2438070A1

Description

Bituminöse Masse und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die vorliegende Erfindung betrifft bituminöse Massen und insbesondere bituminöse Massen in fein verteilter Form und ein Verfahren zur Herstellung dieser Massen.

Für viele Anwendungen ist es erwünscht, daß Bitumen in fein verteilter Form, beispielsweise als Perlen, Pellets, Plättchen oder Kügelchen zur Verfügung steht.

Bitumen sind viskose Substanzen, die im allgemeinen bei Raumtemperatur als Feststoffe oder Halbfeststoffe vorliegen. Sie sind üblicherweise klebrig mit geringem Formhaltevermögen. Im Hinblick auf diese Eigenschaften ist es schwierig, Bitumen in eine fein verteilte Form zu bringen. Darüber hinaus neigt das fein verteilte Produkt zu Unstabilität, da die Teilchen klebrig sind und leicht aneinanderkleben unter Bildung von Zusammenlagerungen oder Aggregaten.

5 Die vorliegende Erfindung betrifft eine bituminöse Masse in Form einer Vielzahl von Teilchen, wobei jedes Teilchen ein Gemisch aus Bitumen und Wachs enthält mit mindestens einem Teil des Wachses an der Oberfläche jeden Teilchens. Außerdem kann ein Füllstoff in dem Bitumen dispergiert als Komponente des Gemisches vorhanden sein. Zusätzlich zu dem Wachs kann an der Oberfläche jedes Teilchens ein Antiklebemittel vorhanden sein, um die Herabsetzung der Klebrigkeit zu unterstützen. Beispiele geeigneter Antiklebemittel sind die Calcium- oder Zinkstearate sowie fein verteiltes Calciumcarbonat oder Siliciumdioxid. Diese Antiklebemittel können

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auf die Oberfläche der Teilchen nach deren Bildung aufgebracht werden, beispielsweise durch Eintauchen in eine Lösung des Mittels mit anschließendem Trocknen oder durch Aufstäuben im Falle von Pulvern.

Die Teilchen können eine Vielzahl von Formen haben, beispielsweise Plättchen, Pellets, Perlen oder Kügelchen. Vorzugsweise haben die Teilchen einen Durchmesser im Bereich von 0,2 bis 10 nun. Wenn die Teilchen keine Kugelform haben, liegt ihre Dicke im allgemeinen im Bereich von 0,1 bis 3 mm, vorzugsweise bis 2 mm.

Das Verfahren zur Herstellung der bituminösen Massen gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus Bitumen und Wachs durch ein Düsensieb, in dem das Gemisch durch Wärmeeinwirkung im fließfähigen Zustand gehalten wird, hindurchführt, nach dem Durchgang durch das Sieb das fließfähige Gemisch als Tropfen dem Fall unter der Einwirkung der Schwerkraft überläßt und anschließend die Tropfen durch Einwirkung eines kühlenden Fluids zu Teilchen formt und verfestigt. Vorzugsweise wird in dem Bitumen-Wachs-Gemisch ein Füllstoff verwendet, und vorzugsweise wird das Sieb beheizt.

Jedes Bitumen ist für die Verwendung im Rahmen der Erfindung geeignet. Bitumen ist eine allgemeine Bezeichnung für natürlich vorkommende, asphaltähnliche Kohlenwasserstoffe und schließt Asphalt, Asphaltene und asphaltartige Pyrobitumen ein. Das Bitumen kann aus Erdöl, beispielsweise aus den Rückständen der Vakuumdestillation von Rohölen, hergestellt sein. Geeignet sind Straight-run-Bitumen, ein durch Blasen eines Rückstandes der Atmosphärendestillation oder Vakuumdestillation bis zu geeigneter Penetration oxidiertes Bitumen oder ein Asphalt, der aus einem Rückstand der Atmosphären- oder Vakuumdestillation durch Fällung mit einem niedrigsiedenden Paraffinkohlenwasserstoff, beispielsweise Propan, erhalten worden ist. Das Bitumen kann eine Penetration von

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5 bis 450 bei 25 C und einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 25° bis 150°C haben.

Hartbitumen sind bevorzugt, weil die daraus geformten Teilchen die geringste Tendenz zum Aneinanderkleben unter BiI-dung von Zusammenballungen oder Aggregaten zeigen. Bitumen mit einem Erweichungspunkt von 85° bis 115°C und einer Penetration von 25 bis 15 sind bevorzugt.

Der in dieser Beschreibung durchweg verwendete Ausdruck Bitumen schließt die sogenannten "gehärteten Extrakte" ein.

Ein "gehärteter Extrakt" ist das Produkt, das beim Blasen eines Erdölextraktes mit einem sauerstoffhaltigen Gas, vorzugsweise Luft, bei erhöhter Temperatur, beispielsweise im Bereich von 250 bis 350 C, entweder in Gegenwart oder Abwesenheit eines Katalysators, beispielsweise eines Friedel-Crafts-Metallhalogenids, wie Eisen(III)-Chlorid erhalten wird. Der Erdölextrakt wird durch Lösungsmittelextraktion einer Erdöldestillatfraktion, die im Schmierölbereich siedet, d.h. zwischen 3 50 und 600 C und einen größeren Anteil an aromatischen Kohlenwasserstoffen enthält, erhalten. Man nimmt an, daß durch das Blasen eines Erdölextraktes die aromatischen Bestandteile kondensiert werden unter Bildung eines gehärteten Produktes mit einem hohen Anteil an Asphaltenen, cyclischen Verbindungen und unlöslichen Verbindungen und einem relativ kleinen Anteil an gesättigten Verbindungen.

Gehärtete Extrakte können eine Penetration im Bereich von 0,1 bis 6 bei 25 C und Erweichungspunkte (Ring und Kugel) im Bereich von 60° bis 170°C aufweisen.

Jedes üblicherweise erhältliche Wachs kann verwendet werden, insbesondere Kohlenwasserstoffwachse. Derartige Wachse sind üblicherweise mit Bitumen mischbar und sind mindestens teilweise im Bitumen bei Umgebungstemperaturen löslich. Beim Mischen mit dem Bitumen scheinen sie darüber hinaus durch das Bitumen hindurchzudiffundieren. Besonders bevorzugt sollte

:hmelzpunkt von m

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das Wachs einen Schmelzpunkt von mindestens 40 C und Vorzugs-

weise von mindestens 50 C besitzen. Beispiele geeigneter Wachse sind die Erdölwachse und insbesondere die mikrokristallinen Wachse. im Hinblick auf ihre hohen Erweichungspunkte sind mikrokristalline Wachse besonders wirksam in bezug auf die Herabsetzung der Klebrigkeit der Bitumenteilchen und der Tendenz, unter Bildung von Zusammenlagerungen oder Aggregaten aneinander zu kleben.

Wie oben bereits erwähnt wurde, ist es nur notwendig, das Wachs auf der Oberfläche der Teilchen zu haben, um die Klebrigkeit herabzusetzen. In der Praxis besteht jedoch ein geeignetes und einfaches Herstellungsverfahren darin, Bitumen und Wachs zu mischen und die Teilchen aus dem Gemisch zu formen. Das Wachs kann demzufolge innerhalb der Teilchen verteilt sein, obwohl gefunden wurde, daß es eine natürliche Tendenz des Wachses ist, zu der Oberfläche zu diffundieren, vorausgesetzt, daß die verwendete Wachsmenge die !löslichkeit im Bitumen bei Umgebungstemperaturen übersteigt.

Die Gewichtsanteile von Bitumen und Wachs im Verhältnis zum Gesamtgewicht von Bitumen und Wachs in den Gemischen, die zur Herstellung der Teilchen der bituminösen Masse gemäß der Erfindung verwendet werden, können im Bereich zwischen 5G und 98 % Bitumen und 5O bis 2 % Wachs liegen, Besonders bevorzugt liegen die Anteile im Bereich zwischen 60 und 9O % Bitumen und 4O bis 10 % Wachs.

Beliebige der normalerweise für Bitumen zum Einsatz kommenden Füllstoffe können in den Gemischen zur Bildung der Teilchen der bituminösen Masse gemäß der Erfindung \7erwen— det werden. Besonders geeignet sind Füllstoffe in Form von Pulvern ja it einer Teilchengröße von weniger als 0,15 mm ΠΟΟ mesh BSS) .

Beispiele für Füllstoffe sind Sand, pulverisierter Kalkstein, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Portlandzement, Baryte und pulverisierte Asche. Billige inerte Füllstoffe rait kleiner Teilchengröße werden bevorzugt. Die Füllstoffe die-

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nen dem Zweck, entweder

a) selbst zur Herabsetzung der Klebrigkeit beizutragen,

b) die Kosten der Teilchen der bituminösen Masse zu verringern oder

c) die Dichte dieser Teilchen zu verändern.

Der zuletzt genannte Zweck kann insbesondere wichtig sein, wenn die Teilchen als Bett zum Filtern von Abwässern verwendet werden. Bitumen selbst hat eine Dichte unter 1, und der Einschluß eines Füllstoffes kann die Dichte auf über 1 erhöhen. Die Menge an Füllstoffen liegt zweckmäßig im Bereich von 5 bis 200 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 100 Gew.-% des Bitumen-Wachs-Gewichtes.

Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung werden vorzugsweise zuerst die Komponenten der bituminösen Μαβί 5 se gemischt, vorzugsweise bei erhöhter Temperatur, bevor das Gemisch durch das Sieb hindurchgeführt wird. Vorzugsweise sollte die Mischtemperatur so gewählt werden, daß das Gemisch durch das Sieb in fließfähigem Zustand hindurchgeht. Die Temperatur liegt im allgemeinen im Bereich zwischen 150 und 300°C und vorzugsweise im Bereich zwischen 200 und 300 C. Homogene Gemische werden bevorzugt, um ein reproduzierbares Produkt zu erhalten.

Düsensiebe sind bekannt. Diese Siebart enthält ein Gefäß mit einer Grundplatte, wobei die Platte eine Vielzahl von öffnungen und von Düsen an der Unterseite der Platte aufweist. Die Abmessungen der öffnungen hängen von der gewünschten Teilchengröße ab. Beispielsweise kann der Durchmesser von Öffnung und Düse im Bereich von 0,5 bis 1,5 mm liegen. Die Düsenlänge kann im Bereich von 0,3 bis 1,0 cm liegen und beträgt vorzugsweise etwa 0,5 cm. Bevorzugt kann das Sieb mit einem Beheizungsmittel ausgestattet sein, um das Gemisch im fließfähigen Zustand zu halten, wenn es durch das Sieb hindurchgeht. Beispielsweise kann das Beheizungsmittel ein elektrisches Heizband sein, das rund um das Äußere des Sieb-

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gefäßes herumgelegt ist. Die Temperatur kann im Bereich zwischen 150 und 300 C und insbesondere im Bereich zwischen 200° und 25O°C liegen.

Werden die Komponenten vor dem Durchgang durch das Sieb gemischt, ist es zweckmäßig, zum Mischen einen Rührer zu verwenden mit einer geraden unteren Kante, die nahe genug an der oberen Oberfläche des Siebes angeordnet ist, um ein Verstopfen der Öffnungen durch das Gemisch zu verhindern.

Die Höhe, durch die das fließfähige Gemisch nach dem Verlassen der Siebdüse fällt, beträgt zwischen 2 und 500 mm.

Das kühlende Fluid sollte inert sein gegenüber dem Bitumengemischt und vorzugsweise ist das kühlende Fluid Wasser. Die Oberflächenspannung kann durch die Anwesenheit eines oberflächenaktiven Mittels modifiziert werden. Beispiele geeig-

^5 neter oberflächenaktiver Mittel sind die synthetischen Detergentien,, beispielsweise By-Prox oder die Alkohole, beispielsweise Äthylenglykol. Ein sehr geringer Kühleffekt scheint auf die fließfähige Mischung während ihres Falles von der Siebdüse zur Oberfläche zur Einwirkung zu kommen. Die Temperatur des kühlenden Fluids kann im Bereich zwischen 5 und 60 C und vorzugsweise im Bereich zwischen 5° und 15 C liegen. Vorzugsweise kann ein strömendes kühlendes Fluid zum Einsatz kommen. Dies hat den Vorteil, daß die Teilchen aus der Abtropfzone entfernt und Sammeln und Ausbringen der Teilchen erleichtert werden.

Die oben erwähnten Verfahrensvariablen, die einen Einfluß auf die Teilchengröße und die Form der Teilchen haben, sind

a) die Temperatur,

b) die Fallhöhe und

c) die Oberflächenspannung des Kühlmittels.

Die Temperatur, die die Viskosität des fließfähigen Mediums beeinflußt, und die Fallhöhe sollten eindeutig eingestellt werden, so daß das Geroisch in das Kühlmittel als Tropfen

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eintritt. Ist die Temperatur zu hoch, so tritt das fließfähige Gemisch aus den Düsen eher als Strom als in Form von Tropfen aus; andererseits führt eine Erhöhung der Fallhöhe zu einer gesteigerten Tropfenbildung während des Falls.

Bezüglich der Teilchengröße und der Form wird die bevorzugte Herstellung von Plättchen gegenüber Kügelchen durch ein Ansteigen der Temperatur beeinflußt, durch die Erhöhung der Fallhöhe und durch Erhöhung der Oberflächenspannung. Kügelchen haben bevorzugt einen Durchmesser des 2- bis 5fachen des Durchmessers der öffnungen, während der Durchmesser der Plättchen zu und ihre Dicke abnimmt, wenn die Verfahrensvariablen wie oben angegeben eingestellt werden.

Die bituminösen Massen gemäß der Erfindung machen Bitumen in einer Form verfügbar, die leicht gehandhabt werden kann. Die Massen können für die verschiedensten Anwendungen zum Einsatz kommen in Abhängigkeit von der Art der Füllstoffe und der Anteile der Komponenten. Beispielsweise können Massen verfügbar gemacht werden, die insbesondere geeignet sind als Bett zur Behandlung von Abwässern, für den Straßenbau und die Bauindustrie.

Ein Düsensieb, das zur Herstellung der Teilchen gemäß der Erfindung geeignet ist, wird nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen

Fig. 1 ein Schnitt durch ein Düsensieb darstellt und Fig. 2 ein Blick von unten auf die Grundplatte des Siebes ist.

In der Zeichnung ist ein Behälter 1 mit einer Grundplatte 2 dargestellt mit Öffnungen 3, die räumlich, wie in Fig. 2 gezeigt, angeordnet sind. Jede Öffnung endet in einer Düse 4 unterhalb der Grundplatte. Der Behälter weist einen Rührer 5 auf, der dicht zur Grundplatte und den Seiten angeordnet ist, sowie ein elektrisches Heizband 6, das ihn einschließt. Eine Wanne 7 ist unterhalb des Behälters 1 angeordnet. Die

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Wanne 7 enthält Wasser, das als sanftfließender Strom von konstanter Höhe über einen Zulauf 8 und einen Überlauf 9 gehalten wird.

Die Erfindung wird durch das nachstehende Beispiel näher erläutert.

Beispiel

60 Gew.-Teile Bitumen (Grade 115/15), WO Gew.-Teile Sand (BIS Grade H.H.) und 40 Gew.-Teile eines Erdölwachses (Mikrowachs 65) werden unter Rühren in einem Mischgefäß über einem Düsensieb, wie dies in Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben ist, zu einer homogenen fließfähigen Mischung gemischt. Durch eine Heizplatte wird Wärme zugeführt, um das Gemisch auf eine Temperatur im Bereich zwischen 200 und 225 C zu bringen.

Die Siebplatte hatte einen Durchmesser von 7,5 cm. Der Durchmesser jeder Öffnung in der Platte und der innere Durchmesser jeder Düse betrug 1 mm, die Länge jeder Düse 0,5 cm.

Das Siebgefäö war mit einem elektrischen Heizband ausgestattet, UBi das Gemisch in? fließfähigen Zustand während seines Durchganges durch das Sieb zu halten. Das Gefäß war mit einem Rührer ausgestattet, dessen gerade untere Kante im Abstand von 3 mm über der Siebplatte angeordnet war. Diese Anordnung erwies sich als geeignet, um das Verstopfen der öffnungen und der Düsen durch das Gemisch herabzusetzen. Das fließfähige Geraisch wurde bei seinem Durchgang durch das Sieb auf einerTemperatur zwischen 2OO° und 225^GC durch das Heizband gehalten.

Der Strom des aus den Düsen austretenden fließfähigen Gemisches wurde aus einer Höhe von 1 cm auf die Oberfläche des Wasserstromes fallengelassen. Während des Falles bildete das fließfähige Gemisch einzelne Tröpfchen oder Teilchen. Während des Falles wurde kein das Gemisch wesentlich beein-

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flussender Kühleffekt beobachtet. Das Wasser wurde bei einer Temperatur von 15 C gehalten bei einer Strömung von 2 l/Minute . Die Tröpfen oder Teilchen bildeten bei Berührung mit der Wasseroberfläche Plättchen mit einem Durchmesser von 3 bis 4 mm und einer Dicke von 2 mm. Die Plättchen wurden durch den Wasserstrom aus der Tropfzone ausgetragen und gesammelt. Sie waren freifließend und klebten nicht zusammen. Die Plättchen wurden mit Erfolg als Filterbett für die Behandlung von Wasser, das mit Öl verunreinigt war, eingesetzt.

^O Der nachstehende Versuch zeigt den Einfluß der Fallhöhe der fließfähigen Bitumenmischung von den Siebdüsen zur Oberfläche der Kühlflüssigkeit auf die Gestalt der geformten Teilchen. Das oben beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die Höhe der Siebdüsen über der Wasser-IS oberfläche auf 0,5 bzw. 2 cm eingestellt wurde. Bei einer Tropfhöhe von 0,5 cm wurden Teilchen in Form von Kügelchen mit einem Durchmesser von 3 mm erhalten. Bei einer Tropfhöhe von 2 cm wurden Plättchen mit einem Durchmesser von 4 bis 5 mm und einer Dicke von 1 mm erhalten.

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L e e r s e i t e

Claims

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VON KREISLER SCHÖNWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE
Dr.-Ing. von Kreisler+ 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln

Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden

Dr. J. F. Fues, Köln

Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln

Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln

Dipl.-Ing. G. Selting, Köln

Dr. H.-K. Werner, Köln

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1 , 27. Sept. 1979 Ke/To.

THE BRITISH PETROLEUM COMPANY LIMITED,

Britannic House, Moor Lane, London, EC2Y 9BU (Großbritannien)

Patentansprüche

1/ Bituminöse Masse in Form einer Vielzahl von Teilchen, die jeweils ein Gemisch aus Bitumen und Wachs enthalten mit mindestens einem Teil des Wachses an der Oberfläche jeden Teilchens.
2. Bituminöse Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auch einen Füllstoff enthält.
3. Bituminöse Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie, bezogen auf das Bitumen-Wachs-Gewicht, bis 98 Gew.-% Bitumen und 50 bis 2 Gew.-% Wachs enthält.
4. Bituminöse Masse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitumen-Wachs-Anteile 60 bis 90 Gew.-% Bitumen und 40 bis 10 Gew.-% Wachs betragen.

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Telefon: (0221) 131041 Telex: 8882307 dopa d ■ Telegramm: Dompotent Köln

ORIGINAL INSPECTED
5. Bituminöse Masse nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff, bezogen auf das Bitumen-Wachs-Gewicht, in einer Menge von 5 bis 200 Gew.-% vorliegt.
6. Bituminöse Masse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff in einer Menge von 5 bis 100 Gew^-% vorliegt.
7. Bituminöse Masse nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen die Form von Plättchen, Pellets, Perlen oder Kügelchen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,2 bis 1O mm und, wenn es nicht um Kügelchen handelt, mit einer Dicke im Bereich von 0,1 bis 3 mm, vorzugsweise bis 2 mm, haben.
8. Verfahren zur Herstellung der bituminösen Masse nach Anspruch 1 bis I₁ dadurch gekennzeichnet ₄ daß man ein Gemisch aus Bitumen und Wachs durch ein Düsensieb, in dem das Gemisch durch Wärmeeinwirkung im fließfähigen Zustand gehalten wird, hindurchführt, nach dem Durchgang durch das Sieb das fließfähige Gemisch als Tropfen dem Fall unter der Einwirkung der Schwerkraft überläßt und anschließend die Tropfen durch Einwirkung eines kühlenden Fluids zu Teilchen formt und verfestigte

9, Verfahren nach Anspruch %, dadurch gekennzeichnet, daß man als kühlendes Fluid strömendes Wasser verwendet.

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