EP4065293A1 - Verfahren und anordnung zur aufbereitung eines mineralischen feststoffgemisches - Google Patents

Verfahren und anordnung zur aufbereitung eines mineralischen feststoffgemisches

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Publication number
EP4065293A1
EP4065293A1 EP20838896.7A EP20838896A EP4065293A1 EP 4065293 A1 EP4065293 A1 EP 4065293A1 EP 20838896 A EP20838896 A EP 20838896A EP 4065293 A1 EP4065293 A1 EP 4065293A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
solid mixture
hydrocarbons
heated
container
burner
Prior art date
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Pending
Application number
EP20838896.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thorsten Rehbock
Günther Schäfer
Sebastian LICHT
Christoph Straetmans
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Grenzebach BSH GmbH
Original Assignee
Grenzebach BSH GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Grenzebach BSH GmbH filed Critical Grenzebach BSH GmbH
Publication of EP4065293A1 publication Critical patent/EP4065293A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10C—WORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
    • C10C3/00—Working-up pitch, asphalt, bitumen
    • C10C3/007—Working-up pitch, asphalt, bitumen winning and separation of asphalt from mixtures with aggregates, fillers and other products, e.g. winning from natural asphalt and regeneration of waste asphalt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • B09B3/40—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless involving thermal treatment, e.g. evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E01C19/1027—Mixing in a rotary receptacle
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the invention relates to a method for processing a mineral solid mixture, in particular road rubble, which contains impurities with aromatic and / or aliphatic hydrocarbons, the solid mixture being heated to a temperature below 570.degree.
  • the invention also relates to an arrangement for treating a mineral solid mixture, in particular road rubble.
  • Asphalt containing tar and pitch continued to be used well into the last decade of the twentieth century. Asphalt containing tar has the disadvantage that it contains, among other things, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), which are harmful substances for which strict legal restrictions now apply. It is not permitted to recycle tar-containing asphalt by hot mixing with new asphalt, because the PAHs could then escape into the environment.
  • PAHs polycyclic aromatic hydrocarbons
  • Asphalt waste that contains PAHs above the permissible limit value may no longer be put into circulation untreated according to the latest legal requirements. Taking into account the Recycling Management Act, such waste should preferably be subjected to thermal treatment in order to remove the harmful PAH components or to reduce them to a value below the permissible limit value.
  • a method for recycling tar contained in asphalt is already known from DE 600 10 533 T2.
  • a material containing asphalt aggregate is used
  • CONFIRMATION COPY thermally converted into a mineral residue and hot gases.
  • the hot gases are fed to an asphalt mixing plant.
  • DE 23 65 087 A1 discloses a plant for the production of stony asphalt materials using a mixer and a rotary kiln in which a negative pressure is maintained. The material passes from the rotary kiln into a cleaner and a collecting container.
  • DE 34 43 039 A1 describes a process for the extraction of soluble additions from insoluble bulk materials, in particular for the separation of bitumen and minerals from bituminous road debris in an extractor, in which solvent is added to the bulk material with constant mixing and the resulting solution is separated from the bulk material , and the bulk material is dried, and the soluble constituents are separated from the solvent by distillation, as well as a device for such an extraction.
  • the extraction is carried out using negative pressure.
  • DE 10 2004 055 474 A1 discloses a method for producing bituminous mix using a rotary kiln, in which moisture is expelled from the minerals and the material is heated to a temperature in the range between 200.degree. C. and 350.degree. To produce the mix, an oil-based adduct is added to the asphalt granulate.
  • a condenser unit with a jet scrubber, a condensate collecting container for separating the condensate formed on the jet scrubber, a demistor and a heat exchanger is used.
  • the aim of the present invention is to provide a method which allows the recycling of tar, pitch and / or bituminous material of inferior quality, which in particular contains PAHs.
  • Another aim is to recycle tar and / or bituminous material in connection with the production of asphalt in such a way that energy and raw materials are saved. It is also an object of the invention to provide a method for recycling asphalt as completely as possible in an efficient and economical manner.
  • the present invention provides a method for the thermal treatment of bulk goods containing pollutants, in particular for removing or reducing the harmful substances from tar-containing material, and thus at the same time for recycling the mineral material contained therein.
  • the invention thus provides a method which enables the asphalt to be thermally processed at low temperatures, has little effort to clean the escaping gases and vapors, also has a low expenditure on equipment and, moreover, has favorable energy consumption and low operating costs.
  • the invention is based on the knowledge that the asphalt waste to be treated is heated in one or more steps and, by lowering the gas pressure in the container, for example in a rotating, drum-shaped apparatus, in particular in a rotary kiln in which it is located can be extracted for a defined period of time.
  • the high boiling points of the PAH compounds contained, in particular, in asphalt make it difficult to remove them and require relatively high temperatures during treatment.
  • the compound indeno (1,2,3-c, d) pyrene already has a boiling point of 536 ° C.
  • the PAH-containing mixture or road rubble material is, for example, in a first process step at ambient pressure up to one Temperature of approx. 300 ° C to 570 ° C, in order to release some of the PAHs from the material in this way.
  • the method according to the invention has the fundamental advantage that the thermal conversion of the tar-containing material takes place in particular autothermally; This means that the thermal conversion process requires little external energy input and therefore leads to energy savings in asphalt processing.
  • the mineral material contained in the tar-containing asphalt which is an asphalt material or an asphalt aggregate, is recycled for use in high-value applications, i.e. i.e. in the production of new or recycled asphalt, and therefore leads to savings in the raw material. If the hot gases still contain dust particles, these are removed by the system's filter system. The resulting exhaust gas flows are cleaned by exhaust gas cleaning, in particular thermal, regenerative or catalytic post-combustion.
  • the tar-containing material which contains mineral materials and binders, is completely recycled without leaving any further residues.
  • volatilized polycyclic or other harmful hydrocarbons such as phenols are burned in the burners; the resulting waste heat is used, for example, to return it to the apparatus and / or a downstream container, mixer and / or a circulation unit or a silo.
  • the undesired hydrocarbons collect in the jet scrubber, they are dissolved in the fluid with which the jet scrubber is operated, for example a liquid hydrocarbon or a hydrocarbon mixture such as gasoline, heating oil or petroleum.
  • the jet scrubber fluid enriched with the hydrocarbons removed from the tar-containing asphalt can then be fed to a burner, which in turn heats the container, in particular the drum-like apparatus, and / or another container and / or mixer in which the road rubble is located.
  • a Separator used to separate the accumulated hydrocarbons and any solids from the fluid.
  • recycling includes the reuse of recovered materials.
  • recycling asphalt includes the thermal treatment of asphalt and the subsequent use of the residues and energy content for asphalt production, as well as mixing the reclaimed asphalt together with new mineral aggregate and bitumen to produce a new asphalt product ( "Recycled asphalt”).
  • asphalt is understood to mean, for example, asphalt which at least partially contains fresh bitumen and which can also contain bitumen from reclaimed asphalt. This term also includes so-called recycled asphalt, which includes fresh as well as recovered mineral substances or rocks.
  • tar-containing asphalt means a substitution of mineral substances or rocks, which contributes significantly to the conservation of natural rock deposits.
  • the quartz contained in the road rubble turns into the modification of high quartz or beta quartz at a temperature of 573 ° C.
  • the method according to the invention therefore works at temperatures below 570 ° C. in order to maintain the rock quality of the materials contained in the excavated asphalt and to be able to reuse them without restriction. Burning of the clay-containing constituents should also be avoided, as these, after they are installed in an asphalt layer, draw water from this and could break open in the event of frost.
  • a method according to the invention for processing a mineral solid mixture is characterized in that the solid mixture is heated in at least one rotating, drum-like apparatus and is passed through at least one container and that the solid mixture is exposed to a negative pressure during heating or after heating and that the hydrocarbons be removed from the heated solid mixture with the aid of the negative pressure.
  • the method is preferably characterized in that the solid mixture is heated a second time after it has passed through the at least one apparatus or that at least the temperature is maintained. It is advantageous if the solid mixture in the container, in particular a mixer, is heated again or at least kept at the same temperature level after it has passed through the at least one apparatus.
  • the solids mixture preferably runs through the at least one apparatus under negative pressure.
  • the negative pressure is only applied to the solid mixture after it has passed through the at least one apparatus.
  • the solid mixture passes through the container, in particular the mixer or the circulating unit, also under negative pressure.
  • the method is advantageously carried out in that at least low-boiling hydrocarbons are withdrawn as gases from the solid mixture, in particular in the at least one apparatus.
  • the process according to the invention is preferably carried out in such a way that high-boiling hydrocarbons are removed from the solid mixture after it has passed through the at least one apparatus in the container, in particular in the mixer or the circulating unit.
  • the hydrocarbons are preferably fed to a condenser, in particular a jet scrubber.
  • the negative pressure is generated by at least one vacuum pump, in particular by a jet pump.
  • a vacuum pump and a jet pump can also be used in combination.
  • the jet of the jet scrubber is advantageously formed by a combustible fluid in which the high-boiling hydrocarbons are emulsified or suspended during the washing process.
  • the fluid, together with the hydrocarbons contained in it is fed to a burner which heats the at least one apparatus and / or the container, in particular the mixer or the circulating unit, the Dispose of hydrocarbons that have been removed from road rubble completely and without leaving any environmentally harmful residues.
  • the exhaust gas resulting from the combustion in the burner is preferably passed into the interior of the at least one rotating, drum-like apparatus and / or the container, in particular the mixer or the circulating unit, and / or it heats the apparatus and the container, in particular the mixer , from the outside.
  • mineral substances that are wet for example not stored sufficiently dry, can be preheated and / or dried with the exhaust gases before use in an asphalt mixing plant.
  • the invention also relates to a system for processing a mineral solid mixture, in particular road rubble containing impurities with aromatic and / or aliphatic hydrocarbons, with a combustion device for heating the solid mixture to a temperature below 570 ° C.
  • the system is characterized in that it comprises at least one rotating drum-like apparatus, in particular a rotary tube furnace, and at least one container or mixer downstream of the at least one apparatus in the transport direction of the solid mixture, as well as an arrangement for generating a negative pressure and that the solid mixture during heating or after can be exposed to the heating to the negative pressure.
  • At least two such rotating apparatuses are connected in series one behind the other.
  • low-melting and / or boiling hydrocarbons are initially removed in the first rotary kiln at a temperature which is, for example, between 200 ° C and 250 ° C, while higher temperatures prevail in the second rotary kiln, for example above 280 ° C, so that there, higher-melting and / or higher-boiling hydrocarbons are also removed.
  • the pressure is set in such a way that the hydrocarbons cannot spontaneously ignite. This is done, for example, by increasing the proportion of an inert gas such as nitrogen in the total gas volume.
  • a lowering of the pressure is also provided according to the invention in order to prevent self-ignition. It can be provided, for example, that if several apparatuses are connected in series, the pressure in the processing direction is chosen to be lower and lower. It can also be provided that the temperature in the machining direction is chosen to be higher and higher.
  • Parallel arrangements of the rotating apparatus are particularly suitable when the road rubble to be treated is delivered in batches.
  • the combustion device comprises a first burner and that hydrocarbons, which are heated in the at least one apparatus and converted into the gas state, can be fed to the first burner.
  • the combustion device of the system comprises a second burner and that heated hydrocarbons in gaseous or liquid form in the at least one container, in particular a mixer, can be fed to the first burner and / or a second burner.
  • the system has at least one arrangement for dedusting the from the at least one apparatus includes escaping gaseous hydrocarbons.
  • further devices for exhaust gas aftertreatment are provided according to the invention, such as for thermal afterburning, desulfurization and denitrification devices, which are arranged downstream of the rotating apparatus in the treatment direction.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a plant for processing a mineral solid mixture in connection with a device for thermal and / or catalytic post-combustion of exhaust gases that occur in a rotating drum-like apparatus
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a plant which is constructed like the plant shown in FIG. 1, but which does not include a device for thermal and / or catalytic post-combustion,
  • Fig. 3 is a schematic representation of a two rotating drum type
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a plant with two rotating drum-like apparatuses connected in series.
  • a fuel for example heating oil
  • a burner 1 with a combustion chamber via an inflow line (FIG. 1).
  • Hot exhaust gases are passed from the combustion chamber via a line 20 into the interior of a rotating drum-like apparatus 3a, for example a rotary tube drum.
  • road rubble material in particular material containing polycyclic hydrocarbons, which is introduced into the apparatus 3a via a feed line or a conveyor belt 3, is exposed to the hot exhaust gases, temperatures of up to 400 ° C. preferably being reached.
  • a line 4 for example a closed pipe with a conveyor or a chute, the heated material is fed to a silo 4a, which serves as an interim storage facility and includes, for example, electrical trace heating or a hot gas jacket heating.
  • the material passes into a mixer 5 which is connected via a line 10 to a device 8 for generating a negative pressure and in which a negative pressure can be generated by means of the device 8.
  • a condenser, a heat exchanger and a pump are connected to the device 8.
  • a fluid medium for example an oil such as heating oil
  • a negative pressure is preferably generated by means of a jet pump operated with the oil.
  • the oil picks up hydrocarbons from the road rubble under the vacuum.
  • the heat exchanger serves to heat or cool the oil of the device 8;
  • the heat exchanger 8 is advantageously used to regulate the oil temperature to an optimal temperature.
  • the heat exchanger is connected via a line 12 to a tank 12a, which serves as a buffer store.
  • a tank 12a which serves as a buffer store.
  • This is connected to the burner 1 via a pump 12b; thus, oil containing hydrocarbons from the material heated in the rotating drum-like apparatus 3a and the silo 4a or mixer 5 can be burned in the combustion chamber 1, so that the tar contained in the material is completely disposed of.
  • the device 8 is connected to the burner 1 via a direct line 11, so that combustible gas loaded with PAHs is introduced into the burner 1.
  • the device 8, for example a liquid jet pump has a heat exchanger. Instead of the liquid jet pump, another vacuum generator can also be present.
  • a part of the material or all of the material cleaned from the PAHs can be fed from the mixer 5 to a silo 5b. From there it can be transferred to a cooling device 6. From this cooling device 6 it is then fed to a stockpile for intermediate storage before it is used again for road construction.
  • the directly heated apparatus 3a is preferably operated in cocurrent to avoid condensation problems.
  • the apparatus 3a can additionally be equipped with internal conveying elements, for example screw fittings, spiral or lifting blades.
  • a weir can be provided inside the apparatus 3a in order to influence the filling level and the residence time of the material to be treated.
  • the embodiment of the system shown in FIG. 2 differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that no device 9a for pre-dedusting is provided following a rotating, drum-like apparatus 3b.
  • the apparatus 3b according to FIG. 2 has indirect heating by means of a double jacket 3b ‘to which the exhaust gases are fed via the line 20. However, this does not exclude the addition or alternative of introducing exhaust gases into the interior of the apparatus 3b. Exhaust gases escaping from the apparatus 3b can be fed to the combustion device.
  • two or more rotary kilns 3c, 3d are operated alternately or in parallel with one another. They are either, as shown in Fig. 3, heated indirectly or directly. Otherwise, the embodiment according to FIG. 3 is comparable to that from FIG. 2.
  • the apparatus 3b In contrast to the apparatus 3a (FIG. 1), the apparatus 3b (FIG. 2) must be heated at higher temperatures, since the heating takes place indirectly via the double jacket 3b ‘.
  • the disadvantage of indirectly heated apparatus is generally that high temperatures have to be applied outside of the jacket in order to enable a sufficient flow of heat. This requires the use of high-quality steels, and the outer shell must also be separated from the environment. If a negative pressure is generated within the apparatus 3b, there is also the fact that the jacket 3b ‘must withstand the negative pressure of the vacuum and should also allow the introduction of process vapors or gases.
  • Apparatus 3a, 3b or apparatus 3c, 3d are followed by apparatuses for reducing emissions, in particular for thermal and / or catalytic aftertreatment.
  • the heated material conveyed out of the apparatus 3a, 3b or the rotary kiln 3c, 3d is fed into an insulated, optionally heated and stored silo 4 which is kept under atmospheric or slightly negative pressure.
  • the heated material is diverted into one or more optionally heated insulated containers and evacuated there at a pressure of 1 to 600 mbar, preferably from 20 to 100 mbar, in order to remove the polycyclic hydrocarbons contained in the material and other undesired compounds Completely remove carbon from the material or at least to the extent required by the applicable legal limit values.
  • the dwell time can also be varied to optimize the process. Times of 10 to 90 minutes are provided, for example.
  • the containers such as the silos and the mixer or the circulating apparatus preferably work in batch operation, which facilitates the provision of the negative pressure.
  • Each of the containers or the silo 4 or the mixer 5 can be preheated with the aid of a burner (or an electrical trace heating) in order to avoid a drop in temperature of the goods during start-up or to maintain or possibly increase it during operation.
  • the mineral present in the containers is moved by moving organs, for example by rotating containers, or by internal, rotating conveying / mixing devices in order to expose the surface of the bulk material for degassing and to avoid caking.
  • gaseous nitrogen is introduced into the rotating, drum-like apparatus.
  • the apparatus can be operated in such a way that a negative pressure is initially generated in order to dissolve at least low-boiling hydrocarbons from the breakdown material.
  • the pressure is then increased again to approximately atmospheric pressure by means of an inert gas, in particular by means of nitrogen or carbon dioxide or ambient air or air with an increased content of nitrogen and / or carbon dioxide, and the mixture of these gases with the hydrocarbons dissolved in them is fed to a burner and burned in this.
  • Exhaust gas aftertreatment systems are connected upstream or downstream of the burner in order to remove dust and / or to reduce nitrogen oxides and the like produced by the combustion.
  • Filter systems are preferably equipped with appropriate catalysts.
  • a corresponding arrangement is also possible in connection with a container, which is preferably also heated and / or operated at a negative pressure, in which case the negative pressure used is preferably below the negative pressure used in the apparatus upstream of the at least one container. In this case too, high-boiling hydrocarbons escape into the gas phase from the breakdown material which is temporarily stored in the container.
  • An inert gas or gas mixture is then supplied in order to further prevent ignition of the hydrocarbons dissolved in the gas phase.
  • the gaseous hydrocarbons are then fed to a burner, which can in particular be the same burner as the burner which heats the at least one rotating, drum-like apparatus.
  • exhaust gas aftertreatment is preferably provided.
  • the hydrocarbons that escape from the material can also be cracked, for example. This is to be understood as a material transformation or conversion through which medium- and long-chain hydrocarbons are split into short-chain hydrocarbons. Both thermal cracking and catalytic cracking are suitable.
  • the hydrocarbons obtained from the road rubble are preferably reused in the heating process in order to heat the at least one rotating, drum-like apparatus and / or the at least one downstream container or to support these heating processes.
  • the product discharged from the silo 5 is available for further use in the asphalt mixing plant.
  • the negative pressure in the silos 4, 5 is generated, for example, via a downstream vacuum unit.
  • FIG. 4 of a system for removing PAHs from road excavation material differs from the structures shown in FIGS. 1 and 3 in that, according to FIG. 4, two apparatuses 3a, 3b in series are connected in series. Otherwise, the same units are provided as are also shown in accordance with the other exemplary embodiments.
  • the separated gaseous PAHs are preferably condensed with the help of commercially available liquid jet vacuum pumps, in a circulating stream of water, water vapor, other vapor, from a liquid hydrocarbon or hydrocarbon mixture such as heating oil or another combustible fluid as a propellant and preferably emulsified or suspended at the same time.
  • a liquid hydrocarbon or hydrocarbon mixture such as heating oil or another combustible fluid as a propellant and preferably emulsified or suspended at the same time.
  • a partial flow is separated out and can then be used as fuel.
  • the heating oil used as the propellant in the vacuum pump can either be cooled or heated, for example, to achieve its optimal function when generating a vacuum.
  • the hydrocarbons that have escaped from the breakup material are dissolved or emulsified or suspended in the water are then separated from the water again by a centrifuge or some other thermal or mechanical separator.
  • the water can be used in a closed circuit.
  • a jet pump also referred to as an ejector or aspirator, is preferably used, which generates a negative pressure, that is to say has a predominantly suction effect.
  • the jet pump can also be designed as a burner, for example as a Bunsen burner, which is used at another point in the entire system for at least partial heating of a unit belonging to the system, such as the at least one apparatus.
  • the jet pump thus also has an overall venting function for the units of the system.
  • Each individual unit of the system such as the at least one mixer or the at least one container, is preferably connected to a jet pump in order to discharge gaseous dissolved hydrocarbons. Either the jet pump is already sufficient to generate the negative pressure required in the respective unit, which is sufficient to remove a sufficient percentage of the PAHs from the demolition material, or another pump is provided to generate the required negative pressure.
  • Either one liquid jet pump is already sufficient to generate the negative pressure required in a rotating, drum-like apparatus according to the invention and / or a container, such as a silo or a mixer, or several liquid jet pumps are used;
  • a combination of different methods for generating a negative pressure is also possible, for example with the use of vacuum pumps.
  • the separated PAHs and gaseous fluids can be fed directly to thermal afterburning via a vacuum pump.
  • Waste heat for example from exhaust air, can be used for combustion air preheating (indirect) or for direct asphalt preheating on individual units of the systems shown in FIGS. 1 to 4.
  • the exhaust air resulting from the combustion is dedusted in various systems such as systems 9a, 14a; alternatively and / or additionally, nitrogen oxides and / or sulfur oxides are eliminated, in particular catalytically.
  • an inert gas can also be provided in order, for example, to flush the mixer 5 or a furnace such as one of the rotary kilns 3a, 3b, 3c, 3d, for example intermittently to drive out the PAHs, or as an active gas to strip hydrocarbons, d. That is, to separate them physically, whereby these are transferred from a liquid phase by desorption processes (using Henry's Law) into the gas phase, or to crack in order to achieve the easiest possible separation of the PAHs in this way.

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Abstract

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, wobei das Feststoffgemisch in mindestens einem beheizten drehenden, trommelartigen Apparat (3a, 3b, 3c, 3d) erwärmt wird und wenigstens durch einen Behälter (4, 4a, 5, 5b) hindurchgeführt wird und wobei das Feststoffgemisch während des Erwärmens oder nach dem Erwärmen einem Unterdrück ausgesetzt wird und wobei die Kohlenwasserstoffe dem erwärmten Feststoffgemisch durch den Unterdrück entzogen werden und durch thermische Verbrennung unschädlich gemacht werden.

Description

VERFAHREN UND ANORDNUNG ZUR AUFBEREITUNG EINES MINERALISCHEN
FESTSTOFFGEMISCHES
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.
Asphalt stellt das wichtigste Baumaterial für den Straßenbau dar.
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.
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
BESTÄTIGUNGSKOPIE thermisch in einen mineralischen Rückstand und heiße Gase umgewandelt. Die heißen Gase werden einer Asphaltmischanlage zugeführt.
DE 23 65 087 A1 offenbart eine Anlage zur Herstellung steinhaltiger Asphaltmaterialien unter Einsatz eines Mischers und eines Drehrohrofens, in denen ein· Unterdrück aufrechterhalten wird. Aus dem Drehrohrofen gelangt das Material in einen Reiniger und einen Sammelbehälter.
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 Unterdrück durchgeführt.
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.
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.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein ressourcenschonendes Verfahren zur Wiederverwertung von teer- und pechhaltigem Straßenaufbruchmaterial zu schaffen. 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.
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.
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.
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.
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.
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 lndeno(1,2,3-c,d)pyren bereits einen Siedepunkt von 536 °C auf.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Wiederverwendung von teerhaltigem Ausbauasphalt bedeutet eine Substitution von mineralischen Stoffen oder Gesteinen, was wesentlich zur Schonung der natürlichen Gesteinsvorkommen beiträgt.
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.
Diese Vorgehensweise wird erheblich durch den Einsatz von Unterdrück 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 Unterdrück 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.
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.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und der Beschreibung, insbesondere in Verbindung mit den Zeichnungen.
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 Unterdrück ausgesetzt wird und dass die Kohlenwasserstoffe dem erwärmten Feststoffgemisch mit Hilfe des Unterdrucks entzogen werden.
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. 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.
Vorzugsweise durchläuft das Feststoffgemisch den mindestens einen Apparat bei Unterdrück. Alternativ wird der Unterdrück aber erst nach dem Durchlaufen des mindestens einen Apparats an das Feststoffgemisch angelegt.
Beispielsweise und mit Vorteil durchläuft das Feststoffgemisch den Behälter, insbesondere den Mischer oder das Umwälzaggregat, ebenfalls bei Unterdrück.
Das Verfahren wird mit Vorteil dadurch ausgeübt, dass dem Feststoffgemisch wenigstens niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe als Gase, insbesondere in dem mindestens einen Apparat, entzogen werden.
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.
Vorzugsweise werden die Kohlenwasserstoffe, insbesondere die hochsiedenden Kohlenwasserstoffe, einem Kondensator, insbesondere einem Strahlwäscher, zugeführt. Der Unterdrück wird durch wenigstens eine Vakuumpumpe, insbesondere durch eine Strahlpumpe, erzeugt. Eine Vakuumpumpe und eine Strahlpumpe lassen sich auch kombiniert einsetzen.
Mit Vorteil wird der Strahl des Strahlwäschers, von einem brennbaren Fluid gebildet, in dem die hochsiedenden Kohlenwasserstoffe während des Waschvorgangs emulgiert oder suspendiert werden.
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.
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.
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 Unterdrück und beispielsweise höheren Temperaturen weitere, höhersiedende Kohlenwasserstoffe entzogen werden.
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 Unterdrück aussetzbar sind.
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.
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.
Parallele Anordnungen der drehenden Apparate sind besonders geeignet, wenn das zu behandelnde Straßenaufbruchmaterial chargenweise angeliefert wird.
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.
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.
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.
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.
Nachstehend wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 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,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Anlage, die aufgebaut ist wie die in Fig. 1 dargestellte Anlage, die jedoch keine Einrichtung zur thermischen und/oder katalytischen Nachverbrennung umfasst,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zwei drehende trommelartige
Apparate umfassenden Anlage, die im Wechsel mit Straßenaufbruchmaterial beschickt werden und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Anlage mit zwei in Reihe geschalteten drehenden trommelartigen Apparaten.
Über eine Zuflussleitung (Fig. 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 Unterdrück 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 Unterdrück erzeugt. Das Öl nimmt unter dem Unterdrück 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.
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.
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.
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 Unterdrück) 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.
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.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Anlage unterscheidet sich von der in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsform dadurch, dass im Anschluss an einen drehenden, trommelartigen Apparat 3b keine Einrichtung 9a zur Vorentstaubung vorgesehen ist.
Der Apparat 3b gemäß Fig. 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.
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.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 3) werden zwei oder mehrere Drehrohröfen 3c, 3d im Wechsel oder parallel zueinander betrieben. Sie werden entweder, wie in Fig. 3 dargestellt, indirekt oder aber direkt beheizt. Im Übrigen ist die Ausführungsform gemäß Fig. 3 mit der aus Fig. 2 vergleichbar.
Im Unterschied zu dem Apparat 3a (Fig. 1) muss der Apparat 3b (Fig. 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 Unterdrück erzeugt wird, kommt noch hinzu, dass der Mantel 3b‘ dem Unterdrück des Vakuums standhalten muss und überdies noch die Einleitung von Prozessdämpfen oder -gasen ermöglichen soll.
Dem Apparat 3a, 3b oder den Apparaten 3c, 3d werden Apparate zur Reduzierung von Emissionen nachgeschaltet, insbesondere zur thermischen und/oder katalytischen Nachbehandlung.
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 Unterdrück gehaltenen Vorlagesilo 4 geleitet.
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.
Die Verweilzeit kann zur Prozessoptimierung auch variiert werden. Vorgesehen sind beispielsweise Zeiten von 10 bis 90 Minuten.
Die Behälter wie die Silos und der Mischer oder der Umwälzapparat arbeiten vorzugsweise im Chargenbetrieb, was die Bereitstellung des Unterdrucks erleichtert.
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.
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 Unterdrück 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. Eine entsprechende Anordnung ist auch in Verbindung mit einem Behälter möglich, der vorzugsweise ebenfalls beheizt und/oder bei einem Unterdrück betrieben wird, wobei in diesem Fall der angewandte Unterdrück 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.
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.
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.
Das von dem Silo 5 abgegebene Produkt steht, nachdem es ausreichend abgekühlt ist, für die weitere Verwendung in dem Asphaltmischwerk zur Verfügung. Der Unterdrück in den Silos 4, 5 wird beispielsweise über ein nachgeschaltetes Vakuumaggregat erzeugt.
Der in Fig. 4 dargestellte Aufbau einer Anlage zum Entfernen von PAK’s aus Straßenausbruchsmaterial unterscheidet sich von den in Fig. 1 und Fig. 3 dargestellten Aufbauten dadurch, dass gemäß Fig. 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.
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.
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.
Erfindungsgemäß kommt vorzugsweise eine auch als Ejektor oder Aspirator bezeichnete Strahlpumpe zum Einsatz, die einen Unterdrück 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 Mischer 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 Unterdrück 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 Unterdrück zu erzeugen.
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 Unterdrück 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.
Beispielsweise lassen sich die abgeschiedenen PAK‘s und gasförmige Fluide über eine Vakuumpumpe direkt einer thermischen Nachverbrennung zuführen.
An einzelnen Aggregaten der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Anlagen lässt sich Abwärme, beispielsweise aus Abluft, zur Verbrennungsluftvorwärmung (indirekt) oder zur direkten Asphaltvorwärmung einsetzen.
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.
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.

Claims

Patentansprüche
1. 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, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffgemisch in mindestens einem drehenden trommelartigen Apparat (3a; 3b, 3c, 3d) erwärmt wird und wenigstens durch einen Behälter (4, 5, 5b) hindurchgeführt wird und dass das Feststoffgemisch während des Erwärmens oder nach dem Erwärmen einem Unterdrück ausgesetzt wird und dass die Kohlenwasserstoffe dem erwärmten Feststoffgemisch entzogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffgemisch nach dem Durchlaufen des mindestens einen Apparats (3a, 3b, 3c, 3d) erwärmt oder dass mindestens die Temperatur des Feststoffgemisches gehalten wird.
3. . Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffgemisch in dem Behälter (4, 5, 5b), insbesondere einem Mischer (5), nach dem Durchlaufen des mindestens einen Apparats (3a, 3b, 3c, 3d) ein weiteres Mal erwärmt oder mindestens die Temperatur des Feststoffgemisches gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffgemisch den mindestens einen Apparat (3a, 3b, 3c, 3d) bei Unterdrück durchläuft.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
. dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffgemisch den Behälter (4, 5, 5b), insbesondere den Mischer (5), bei einem Unterdrück durchläuft.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Feststoffgemisch wenigstens niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe als Gase, insbesondere in dem mindestens einen Apparat (3a, 3b, 3c, 3d), entzogen werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Feststoffgemisch hochsiedende Kohlenwasserstoffe nach dem Durchlaufen des mindestens einen Apparats (3a, 3b, 3c, 3d) in dem Behälter (4, 5, 5b), insbesondere in dem Mischer (5), oder in einem Silo (4a, 5b) oder Apparat mit aktiver oder passiver Bewegung des Materials, insbesondere in einem Turbinentrockner, entzogen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffe, insbesondere die hochsiedenden Kohlenwasserstoffe, einem Kondensator, insbesondere einem Strahlwäscher zugeführt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl des Strahlwäschers von einem brennbaren Fluid gebildet wird, in dem die hochsiedenden Kohlenwasserstoffe während des Waschvorgangs gelöst oder emulgiert oder suspendiert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid zusammen mit den in ihm gelösten Kohlenwasserstoffen einem Brenner (1, 2) zugeführt wird, der den mindestens einen Apparat (3a, 3b, 3c, 3d) und/oder den Behälter (4, 5, 5b), insbesondere den Mischer (5), erwärmt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Verbrennung in dem Brenner (1) entstehende Abgas in das Innere des mindestens einen Apparats (3a, 3b, 3c, 3d) und/oder des Behälters (4, 5, 5b), insbesondere des Mischers (5), geleitet wird und/oder den Apparat (3a, 3b, 3c, 3d) und den Behälter (4, 5, 5b), insbesondere den Mischer (5), von außen erwärmt.
12. 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, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mindestens einen beheizten drehenden, trommelartigen Apparat (3a, 3b, 3c, 3d), insbesondere einen Drehrohrofen, und mindestens einen dem mindestens einen Apparat (3a, 3b, 3c, 3d) in Transportrichtung des Feststoffgemisches nachgeordneten Behälter sowie eine Anordnung zur Erzeugung eines Unterdrucks umfasst und dass das Feststoffgemisch während des Erwärmens oder nach dem Erwärmen dem Unterdrück aussetzbar ist.
13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennvorrichtung wenigstens einen ersten Brenner (1) umfasst und dass in dem mindestens einen Apparat (3a, 3b, 3c, 3d) erhitzte und in den Gaszustand überführte Kohlenwasserstoffe wenigstens dem ersten Brenner (1) und/oder einem weiteren Brenner (2) zuführbar sind.
14.· · Anlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen Behälter (4, 5, 5b), insbesondere einem Mischer (5), erwärmte und/oder in einem Fluid emulgierte oder suspendierte Kohlenwasserstoffe, dem ersten Brenner (1) und/oder dem zweiten Brenner (2) zuführbar sind.
15. Anlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mindestens eine Anordnung (9a, 14a) zur Entstaubung der aus dem mindestens einem Apparat (3a, 3b, 3c, 3d) entweichenden gasförmigen Kohlenwasserstoffe umfasst.
16. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass dem Apparat (3a, 3b, 3c, 3d) ein Strahlwäscher zum Entziehen gasförmiger Kohlenwasserstoffe nachgeordnet ist.
17. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Apparate (3a, 3b) in Reihe geschaltet sind.
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