WO2017035670A1 - Verfahren zur asphaltherstellung, verwendung von überhitztem wasserdampf in der asphaltherstellung und vorrichtung zur reduktion einer restfeuchte eines schüttguts - Google Patents

Verfahren zur asphaltherstellung, verwendung von überhitztem wasserdampf in der asphaltherstellung und vorrichtung zur reduktion einer restfeuchte eines schüttguts Download PDF

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WO2017035670A1
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bulk material
drying
asphalt
superheated steam
residual moisture
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Andreas Wüthrich
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Espria Gmbh
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    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/02—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving for preparing the materials
    • E01C19/05—Crushing, pulverising or disintegrating apparatus; Aggregate screening, cleaning, drying or heating apparatus; Dust-collecting arrangements specially adapted therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E01C19/02—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving for preparing the materials
    • E01C19/10—Apparatus or plants for premixing or precoating aggregate or fillers with non-hydraulic binders, e.g. with bitumen, with resins, i.e. producing mixtures or coating aggregates otherwise than by penetrating or surface dressing; Apparatus for premixing non-hydraulic mixtures prior to placing or for reconditioning salvaged non-hydraulic compositions

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of asphalt from a bulk moisture and bitumen containing a residual moisture.
  • Asphalt generally refers to a mixture of bitumen and minerals, such as sand, grit, and the like.
  • asphalt occurs naturally, for example in the Val de Travers, Neucbirtel (Switzerland) or on the island of Trinidad.
  • asphalt is also manufactured artificially.
  • the bitumen is recovered, for example, by distillation of petroleum as a low volatility high molecular weight residue. Bitumen can be modified to achieve different properties.
  • polymers such as atactic polypropylene (APP), styrene-butadiene-styrene (SBS), ethylene propylene diene terpolymer (EPDM), ethylene vinyl acetate copolymer (EVA) or rubber dust, waxes, paraffins, zeolites, etc. may be included.
  • APP atactic polypropylene
  • SBS styrene-butadiene-styrene
  • EPDM ethylene propylene diene terpolymer
  • EVA ethylene vinyl acetate copolymer
  • rubber dust waxes, paraffins, zeolites, etc.
  • the aggregates are first added in pre-dosed amount of a drying drum to evaporate the moisture contained in the rock and produces the required temperature of the asphalt.
  • the fine dust content also called filler
  • the pre-dosed mineral mixture leaves the drying drum and enters a mixing tower. There, the exact dosage of warm minerals, usually after prior screening in different particle sizes.
  • the hot bitumen is injected into the mixing vessel and mixed with the minerals.
  • the asphalt at this time typically has a temperature of about 160 to 180 C.
  • the finished asphalt is loaded hot on loading silos or directly on truck beds to be used in road construction.
  • the drying drum also called rotary kiln, is an oven for the continuous drying of substances. Such ovens are known in addition to the use in the drying of minerals for the production of asphalt in the production of cement.
  • the heating of the drying drum is either directly, within the oven, for example by a burner.
  • the drying drum can also be used in combination for drying the bulk material and for mixing asphalt from bitumen and bulk material.
  • two devices are known:
  • Double-walled The bulk material is dried in the outer jacket. At the end of the drum, the dried bulk material is transferred to the inner jacket. In the inner shell protrudes a lance, through which the bitumen is injected. The asphalt is mixed with suitable blade geometries and transported back to.
  • Such systems are characterized by the compact design and are typically mobile.
  • the drum has a greater length, wherein the drying takes place in the first section of the drum and the mixing in the second, subsequent section of the drum.
  • a lance for introducing the bitumen typically protrudes beyond the end region into the drum.
  • Drying drums are structurally very complex. So the tubes must be rotatably mounted and driven by a motor.
  • the motor drive and the storage of the drum are expensive to maintain. In particular, it may in case of failure of the drive during operation, ie loaded drum is difficult to put the drum back in rotation without having to carry the product.
  • Rotary kilns which suddenly stop in full load with hot materials, often suffer exceptionally expensive damage due to the one-sided heat effect of the stalled good: It can be an irreversible curvature of the rotary tube until it is unusable.
  • the drum is difficult to insulate, so that the process is energetically extremely complex and therefore expensive.
  • the direct heating of the drying drum has the disadvantage that the heat distribution is not optimal, so for example, the product may be locally overheated. Furthermore, the product is in direct contact with the burner and its exhaust gases, which can contaminate the product.
  • the indirect heating of the drying drum typically has a poor efficiency.
  • the recovery of heat is usually uneconomical because the exhaust gas has a relatively low temperature.
  • the exhaust gases must also be post-treated to prevent emissions of VOCs (volatile organic compounds) from the combustion exhaust gases of the burner.
  • VOCs volatile organic compounds
  • the dew point of the exhaust gases must not fall below the entrance to the chimney. In order to keep the temperature above the dew point, a lot of energy has to be used.
  • the object of the invention is to provide a method for the production of asphalt which belongs to the technical field mentioned at the outset, which method can be carried out in an energy-efficient and cost-efficient manner and is particularly suitable for the use of recycled asphalt.
  • the solution of the problem is defined by the features of claim 1.
  • the bulk material is treated with superheated steam for the production of asphalt in order to reduce the residual moisture in the bulk material and the bulk material with the reduced residual moisture is mixed with bitumen in order to obtain asphalt.
  • superheated steam is used in the production of asphalt for the reduction of residual moisture in a bulk material.
  • a corresponding apparatus for reducing a residual moisture of a bulk material comprises a drying space for reducing the residual moisture content of the bulk material, wherein the drying space is followed by a mixing plant for mixing the bulk material with bitumen and thus for the production of asphalt.
  • the device further comprises a generating device for generating superheated steam, with which superheated steam can be introduced into the drying space.
  • percent percentage for example 10% residual moisture, is understood to mean a percentage by weight in each case, unless stated otherwise.
  • Superheated steam is water vapor at a temperature above the boiling point. For example, water vapor at atmospheric pressure is considered overheated when the temperature is greater than 100 ° C. Such superheated steam is dry, which means that it contains no drops of water. Therefore, the superheated steam is also called dry steam.
  • Superheated steam has a much better heat transfer to the bulk material and thus to the residual moisture in the bulk material. This results in a rapid evaporation of the residual moisture in the bulk material.
  • Overheated water vapor can absorb residual moisture until the dew point of the water vapor is reached (100 ° C at atmospheric pressure).
  • Superheated steam has a much higher, compared to air, in about twice the specific heat capacity. This achieves a quick heat transfer. 4.
  • Overheated water vapor has a much lower, around 40% lower, viscosity compared to air. This improves the penetration of the superheated steam into the pores of the bulk material and thus the effective heat transfer.
  • the atmosphere over the bulk material consists of water vapor, the oxygen content is correspondingly small, which hardly use oxidation processes and a fire and explosion hazard can be kept low.
  • the conveyor technology is thus not limited to the drying drum, but can be chosen largely arbitrary. With a waiver of the drying drum in particular simpler and less expensive conveying techniques can be used, which may cause less dust under certain circumstances, which in turn can be dispensed with a Aus Kunststofffiitrtechnik or resort to a simpler and cheaper Abluftfiitr mich.
  • the energy requirement can be reduced by up to 50% compared to hot-air drying.
  • the drying time can be reduced by up to 80%.
  • the drying system can be made more compact and cheaper, resulting in lower investment costs.
  • the bulk material is a mineral bulk material, in particular gravel or sand, whose residual moisture is reduced.
  • mineral bulk materials are typically present as components which have a residual moisture to be reduced.
  • residual moisture other educts in the asphalt production can be reduced by this method.
  • a residual moisture can also be reduced by recycled asphalt in order to subsequently mix it with the bitumen and mineral bulk material in the mixing device.
  • the residual moisture to be reduced is preferably less than 10%, preferably less than 7%, particularly preferably less than 5%. Since a starting material to be dried having a relatively low residual moisture content is selected for the process, the asphalt production can be carried out in a particularly energy-efficient manner. In particular, it has surprisingly been found that even with a low proportion of residual moisture efficient heat transfer can be achieved by the superheated steam, so that even relatively dry materials can be dried efficiently with superheated steam.
  • bulk goods with a residual moisture content of more than 10% can be dried with superheated steam.
  • a reduced residual moisture content is less than 2%, preferably less than 1%, more preferably less than 0.5%.
  • the bulk material used which is typically mixed with bitumen after the drying process, has a low residual moisture content - although it is not absolutely necessary for the residual moisture content to be as low as possible. It has been found that, in particular, a residual moisture content of approximately 0.5% is particularly ideal with regard to the economy in the production process and in terms of the asphalt quality requirements.
  • superheated steam can also be used at a different pressure.
  • the superheated steam is introduced into a drying space through which the bulk material is transported continuously in a transport direction.
  • Continuous processes have the advantage that apart from the maintenance times or for repairs no interruption of the process is necessary.
  • the continuous procedure is of particular advantage, since with the superheated steam in the drying room, an atmosphere is created which can be kept constant, in particular if the material throughput and the bulk material properties remain substantially constant.
  • a particularly easy-to-control process for drying a bulk material can be created, in which fine adjustments of the process parameters such as steam flow rate, steam temperature, substance salt etc. can be carried out continuously.
  • the desired process conditions typically the residual moisture achieved after drying
  • the process can also be carried out discontinuously, whereby the residual moisture in the bulk material would change in the manner of a sawtooth pattern (or tilting oscillation, sawtooth oscillation).
  • the residual moisture would jump abruptly at each batch change, and then sink continuously.
  • the superheated steam is introduced in countercurrent, contrary to the transport direction, in the drying room. So can a temperature gradient rise continuously during the entry of the bulk material in the drying room, whereby a monotone heating of the bulk material is achieved.
  • surface water (if present) and then coarse capillary water are transferred to the vapor phase for the time being. The greatest energy is needed to remove the fine capillary water. Since the fine capillary water is not removed until the end of the drying process, it is advantageous if the bulk material is countercurrently charged with the superheated steam.
  • Next results from the countercurrent process the advantage that an increased convection is achieved, whereby an improved contact between superheated steam and bulk material and thus a more efficient evaporation of the residual moisture in the bulk material is achieved.
  • the superheated steam can also be transported in cocurrent with the bulk material through the drying room.
  • the device comprises a conveying device, with which the bulk material can be conveyed through the drying space into the mixing plant.
  • the bulk material is thus preferably conveyed through the drying space via a conveyor belt.
  • This conveyor technology is particularly easy to install and inexpensive to purchase and maintain. With conveyor belts, the bulk material can be transported in particular during a large part of the manufacturing process. A supply to the drying room can also already be done via conveyor belts.
  • the bulk material during the process does not have to be reloaded consuming on another conveying device, such as a drum or a screw.
  • the already dried bulk material can be transported further with the same conveying device, for example to a mixing device in which bitumen is added to the bulk material.
  • a material turnover can be adapted particularly easily with a conveyor belt by changing the load (for example, the amount of bulk material per linear meter) or by adapting the feed rate of the conveyor belt.
  • the use of superheated steam in this context has the advantage that the bulk material during the Drying process is not necessarily mixed, as the superheated steam ensures a very good heat transfer.
  • a drying drum can be used, d. H. the drying room can itself be designed as a conveyor.
  • the conveyance of the bulk material can also take place by means of a screw conveyor or other means of solids known to the person skilled in the art.
  • the drying can also batchwise, d. H. discontinuously.
  • a largely arbitrary conveying device for example a conveying device for conveying the bulk material after drying to a silo, in particular a hot silo or a mixing plant
  • This conveying device can, for example, when conveyed into a silo, comprise a vertically aligned blade conveyor belt, which can be retrofitted to form a drying room.
  • the asphalt production plant can be retrofitted particularly cost and compact.
  • the conveying device can also be designed as a chain conveyor, vibration conveyor, pipe conveyor, rail conveyor with transport carriage, screw conveyor, Scrissalschreibe, vibrating conveyor and the like.
  • the typical drum dryer in the asphalt production plant is replaced by a drying room, which preferably contains a conveyor belt as conveying device.
  • the superheated steam is cooled by absorbing residual moisture of the bulk material and discharged from the drying space at a temperature of at least 100 ° C., preferably at least 105 ° C.
  • superheated steam is introduced at a temperature between 100 ° C and 350 ° C, preferably between 170 ° C and 270 ° C, more preferably between 200 ° C and 240 ° C in the drying room.
  • the process can be carried out well at 220 ° C, for example.
  • Particularly preferred is the temperature of the superheated steam above 100 ° C.
  • the temperature at a constant mass flow rate of superheated steam is proportional to the converted amount of bulk material.
  • the aim in choosing the entry temperature of the superheated steam into the drying room is that the water vapor leaving the drying room - although at a lower temperature - is still overheated. If the temperature of the water vapor dropped below the boiling point, the steam would condense and the bulk material would be moistened with it. On the other hand, the temperature of the superheated steam for economic reasons when entering the drying room should only be so high that the temperature of the emerging from the drying room water vapor is not far above the boiling point.
  • the superheated steam is recycled, with the amount of steam supplied to the superheated steam by the drying process being for example! is deposited via a heat exchanger.
  • the drying process can be regulated, for example, via the steam temperature at the entry, via the steam quantity or via the bulk material delivery rate.
  • the regulation preferably takes place continuously on the basis of current measured data of these parameters. However, the regulation can also take place sporadically, due to periodic analyzes of the water content in the dried bulk material or at other intervals.
  • the superheated steam can also have a temperature above 350 ° C. Such high temperatures may be beneficial, for example, in the production of mastic asphalt.
  • the outlet temperature of the bulk material with reduced residual moisture preferably has a temperature of more than 100 ° C., particularly preferably more than 150 ° C., in particular more than 160 °. This temperature has proved to be particularly advantageous for the further processing of the bulk material to asphalt. In variants, the discharge temperature may be greater than 160 ° C or lower than 100 ° C.
  • the superheated steam is introduced into the drying space at a temperature of 220 ° C. and the volume flow of the superheated steam is controlled such that the temperature of the superheated steam within the drying space is not less than 200 ° C., preferably not less than 210 ° C falls.
  • the parameter control can be varied as desired to achieve the same result.
  • the inlet temperature and the volume flow of superheated steam, as well as the material throughput of the bulk material can be varied.
  • the residence time in the drying room is artificially prolonged to reach the desired Austragungstemperatur.
  • the bulk material can be brought after the drying process in a separate process step in an additional heating device to the desired temperature.
  • the bulk material with the superheated steam to a temperature of preferably above 1 0 ° C, more preferably heated to 150 ° C to 170 ° C, in particular to 155 ° C to 165 ° C.
  • a different temperature for example above 165 ° C may be provided.
  • a temperature of 260 ° C may be provided for the production of mastic asphalt.
  • the bulk material of reduced residual moisture is dedusted, in particular by shaking or suction.
  • the dusts contained in the bulk material, which are not desirable in the asphalt production not stirred up (the Aufwirbelung takes place on the one hand due to the rotation in the drum, on the other hand, but also by the burner gas stream).
  • This can be dispensed with a complex filtration of the exhaust air.
  • a vibrating screen or a sucker can be provided as a particularly simple and cost-effective variant.
  • other variants for dedusting the bulk material after the drying process are also known to the person skilled in the art.
  • the bulk material could also be dedusted before the drying process.
  • the drying space forms a closed system, in particular a closed circuit.
  • the system preferably comprises the generating device for generating the superheated steam.
  • the water vapor can either be reheated and recycled directly after passing through the drying room, or the residual energy of the water vapor can be recovered via a heat exchanger integrated in the system, while the remaining condensate can be disposed of.
  • the closed system has the advantage that the process can be carried out particularly energy-efficiently.
  • the closed system has the advantage that no exhaust gases, dusts or other emissions can escape, whereby a particularly safe operation is achieved.
  • the device may also be kept open. Also in this case, an energy recovery can take place - albeit not with the same efficiency.
  • the water vapor can be directly used again for the production of superheated steam, since after the use of the Water vapor is still water vapor present - the difference is essentially in the lower temperature and in the higher amount, which increases during the drying process due to the evaporated residual moisture. Since the steam was not exposed to the exhaust gases of a burner, this contaminated exclusively by volatile components of the bulk material. If only gravel or sand is used as bulk material, the water vapor can still be relatively clean after the drying process, since, apart from water, hardly any volatile substances are present in the gravel or sand.
  • FIG. 1 a schematic representation of a device for the production of
  • Fig. 2 is a schematic representation of a first embodiment of a
  • FIG. 3 is a schematic representation of a second embodiment of a
  • Fig. 4 is a schematic representation of a third embodiment of a
  • Fig. 5 is a schematic representation of a fourth embodiment of a portion of the apparatus for producing asphalt using superheated steam generated within a drying room;
  • Fig. 6 is a schematic representation of a fifth embodiment of a part of the apparatus for the production of asphalt using superheated steam, which is introduced into a stirred tank.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an apparatus 100 for the production of asphalt 104 according to the prior art.
  • substantially a moist bulk material 101 is dried in a drum dryer 120 to a bulk material with reduced residual moisture 102 and then mixed with bitumen 103 and optionally other additives to form asphalt.
  • bitumen 103 bitumen 103 and optionally other additives to form asphalt.
  • the moist bulk material 101 for example wet sand 101
  • the drum dryer 120 is also known by the term rotary kiln, drying drum, etc. He has a cylinder jacket and a drum, which is rotatably driven.
  • the entry 1 21 of the drum dryer the bulk material to be dried 101, in this case with a conveyor belt 1 10, registered.
  • a transport of the bulk material in Dry tumbling is achieved by a slight inclination of the drum in the conveying direction, from the entry 121 to the discharge 122, so that in the rotating drum, the bulk material 101 can be discharged continuously in the direction of the discharge 122.
  • a burner 130 In the region of the discharge 122 of the drum is a burner 130, whereby the interior of the drum is heated to dry the bulk material 101.
  • the resulting exhaust gases are discharged on the entry side of the drum and processed with filters (not shown).
  • the dried bulk material 102 discharged from the drum dryer 1 20 is transported via a further conveyor belt 10 into an entry of a thermally insulated paddle conveyor 150.
  • the dried bulk material 102 is entered into a silo 160.
  • Another silo 170 disposed peripherally to the silo 160 contains bitumen 103.
  • bitumen is added directly into the drying drum and there the asphalt is mixed.
  • the bulk material is dried in a double jacket and then mixed with bitumen during a return in the inner jacket.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a first embodiment of an apparatus 200 for the production of asphalt 204 using superheated steam in a drying drum 201.
  • the present apparatus 200 illustrates one way in which a prior art apparatus 100 (see FIG. 1) may be upgraded to operate with superheated steam (SHS) instead of a burner 130.
  • SHS superheated steam
  • the goal is to convert as simple and inexpensive as possible an existing device for the production of asphalt.
  • the apparatus 200 basically comprises the parts according to FIG. 1, but in this case the drum dryer 220 has no burner 130. Instead, the drum dryer 220 has an apparatus for generating SHS 230. This comprises in the region of the discharge 222 a supply line 231 for SHS and in the region of the entry 221 a discharge 232 for discharging the moisture and / or the SHS.
  • the moist bulk material 201 is continuously transported by means of the conveyor belt 1 10 in the entry 221 of the drum dryer 220.
  • SHS is generated by the SHS production device 230 and introduced via the supply line 231 into the discharge 222 of the drum dryer 220, ie against current or against the conveying direction of the bulk material 201 in the drum dryer 220.
  • the SHS heats the moist bulk material 201 and thereby allows at least a portion of the moisture of the bulk material to evaporate.
  • the temperature of the SHS decreases because its heat is used to vaporize the moisture in the bulk material 201.
  • the mass flow and the temperature of the introduced SHS are regulated in such a way that the SHS does not condense or that the SHS does not fall below a temperature of 100 ° C.
  • the mass transport in the drum dryer 220 is adjusted so that the residual moisture can be reduced to the desired extent (for example, 1% or 0.5%).
  • the SHS is returned at the entrance 221 of the drum dryer 220 via a drain 232 of the SHS generator 230.
  • the SHS mass flow at entry 221 is greater than at exit 222. Therefore, part of the mass flow is diverted at SHS generating device 230.
  • This partial flow is condensed and disposed of.
  • the condensation preferably takes place via a heat exchanger, with which at least part of the heat energy can be recovered.
  • a cleaning step with filter, activated carbon, sedimentation or the like is added to this again as SHS the drum dryer 220 to be able to perform.
  • the treatment may include a cleaning of the SHS.
  • the SHS may be passed through filters, cyclones, or other systems known to those skilled in the art to remove impurities.
  • the treatment includes the heating of the SHS or depending on the temperature of the SHS Water vapor / water (the SHS should not reach the condensation temperature in the drum dryer, but the SHS could cool down to the point of preparation).
  • the cleaning of the SHS can also be done before dividing into the partial flows.
  • the SHS is thus largely used in the cycle, only the amount of water resulting from the drying is removed from the circulation.
  • no fresh water is required after the initiation of the process, which means that the system can be operated ecologically.
  • contamination of the bulk material can be avoided.
  • Impurities can be captured directly with the SHS and converted into the water phase by condensation.
  • the use of a cyclone may be advantageous since it allows the water to be separated to be concentrated with the impurities.
  • the SHS generating device 230 can also be dispensed with.
  • the SHS is generated from the moisture of the wet bulk material 201 by heating the interior, preferably indirectly.
  • this method has the disadvantage that it can take a relatively long time at startup, until the SHS atmosphere has set.
  • the SHS atmosphere is generated with the SHS generating device 230 and then switched off when the SHS atmosphere can be maintained with the residual moisture content of the bulk material.
  • the dried bulk material 202 discharged from the drum dryer 220 is introduced via a further conveyor belt 140 into an entry of a blade conveyor 50.
  • the dried bulk material 202 is entered into a silo 160.
  • a further silo 170 arranged peripherally to the silo 1 60 contains bitumen 203.
  • the bitumen 203 is mixed in a mixing device 180 with the dried bulk material 202 to form asphalt 204, which can be transported to its destination for further use with a transporter 10.
  • the silo 160 can also be dispensed with.
  • the bulk material can be continuously processed into asphalt. This has the Advantage that the heat energy contained in the freshly dried bulk material 202 can be used for the Aspahltmischung.
  • transport devices in particular the conveyor belts and the blade conveyor also replaced by other transport devices or depending on the arrangement of the parts, for example, when the discharge of the drum dryer 220 is directly above the entry of the blade conveyor 150, completely dispensed with the transport device can be.
  • the paddle conveyor can be replaced by a screw conveyor, for example.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a second embodiment 300 of an apparatus for producing asphalt 304 using superheated steam.
  • the essential difference from the embodiment 200 according to FIG. 2 lies in the fact that the drying process does not take place in a drum dryer but in a drying room 320.
  • the drying device is not at ground level, but arranged above the silo 160 for receiving the dried bulk material 302.
  • the drying space 320 is of essentially parallelepiped-shaped construction and comprises in a bottom region an entry opening 321 and an opposite discharge opening 322, between which a conveyor belt 322 for conveying the moist bulk material 301 is provided within the drying space.
  • the drying space can also be formed otherwise, in particular cylindrically.
  • the moist bulk material 301 is continuously transported by means of a blade conveyor 1 50 from below through the entry 321 onto the conveyor belt 322.
  • the entry can be made instead of a paddle conveyor 150 with a screw conveyor, a conveyor belt or other funding.
  • the drying room 320 is connected to an SHS generating device 330, analogous to the SHS generating device 230. This is connected via a feed line 231 in the region of the discharge 323 in the bottom area with the drying chamber 320, so that SHS can be guided into the drying room 320. Also in the bottom area, but in the area of the entry 321, a discharge 332 is provided for the S HS stream, whereby the cooled SHS stream of the SHS production device 330 for processing can be returned.
  • the treatment may be provided analogously to the preparation of the generating device 230.
  • the inlet 321 and outlet 322 are preferably arranged in the bottom area of the drying chamber 320. This achieves a largely inert atmosphere from SHS. Higher temperature SHS thus remains within the drying room 320, while lower temperature SHS is returned via the SHS generator discharge 332 due to the higher soil density.
  • the drying space 320 is arranged such that the discharge 323 comes to lie vertically above the silo 160.
  • the dried bulk material 302 or the bulk material 302 with reduced residual moisture thus passes from the conveyor belt 322 inside the drying chamber through the discharge 323, in this case directly into the silo 160.
  • This method is of particular advantage when using bituminous bulk material, such as in a Admixture of recycled asphalt to bulk material. By heating the bitumen in the bulk material, the mixture may have a sticky, poorly flowing consistency.
  • the drying device is now arranged above the silo, the hot bitumen-containing bulk material can be dropped directly into the silo. Characterized in that no conveying means is provided between the drying device and the silo, the temperature of the dried material can be kept simpler, in particular, no consuming to be isolated blade conveyor is necessary.
  • a drying room comprising a drying drum with an SHS production device, can be arranged above the silo.
  • the drying devices explained below can also be arranged either at ground level or above the silo.
  • a transport means may also be provided between the discharge 323 and the silo 160, for example a conveyor belt.
  • Another silo 170 arranged peripherally to the silo 160 contains bitumen 303.
  • the bitumen 303 is added to the dried bulk material 302 in a mixing device 180 Asphalt 304 mixes, which can be transported to its destination with a transporter 190 for further use.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a third embodiment of an apparatus for the production of asphalt using superheated steam in a drying room 320 with a conveyor belt 301 and a drum mixer 340.
  • the drying space 320 corresponds to that of the previously described FIG. 3, that is to say the drying space 320 of the second embodiment.
  • the bulk material 301 to be dried is introduced via a screw conveyor 310 via the entry 321 into the drying space 320.
  • the drying space 320 projects into an entry 341 of a drum mixer 340, so that the dried bulk material can be fed directly from the conveyor belt 322 into the drum mixer 340.
  • a lance of the bitumen silo 170 projects into the drum mixer 340 in the area of the entry 341.
  • at least the last section of the drying space 320 has smaller external dimensions than the drum mixer 340 has inside dimensions at the entry 341.
  • the lance of the bitumen silo 170 protrudes only slightly into the drum mixer 340, but in order to create better mixing ratios, the lance can also distribute the bitumen over further distances within the drum mixer 340.
  • the drum mixer 340 itself is present essentially the same structure as the drum dryer 120, but in the present case no burner is provided.
  • the drum mixer 340 is thermally insulated on the outside.
  • the drum mixer can also be heated, for example, indirectly via the outer shell or else via a burner analogous to the drum dryer 120.
  • the lance can also be designed such that the bitumen is added only deeper in the drum mixer 340, where the dried bulk material 301 has the desired temperature. Due to the inclination of the drum dryer 340, the asphalt 304 in Directed discharge 342 and can be collected subsequently, for example, by a van 1 90, another transport device or by a container or a silo.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a fourth embodiment of a part 400 of the apparatus for producing asphalt using superheated steam which is generated inside a drying space 410;
  • the drying space 410 comprises, similar to the embodiment of FIG. 3, an entry 412 in the bottom area of a first end side and an exit 414 in the bottom area of a second, the first opposing end side.
  • the entry of the moist bulk material 401 takes place by means of a paddle conveyor 41 1 through the entry 412 on a conveyor belt 413 inside the drying space 410.
  • the conveyor belt 413 transports the bulk material 401 during the drying process through the drying chamber through to the discharge 414, where the dried bulk 402 on a further, outside the drying room 410 lying conveyor belt 430 is transported to asphalt for further processing.
  • the drying device here comprises a heating coil 422 within the drying space 410, by means of which the drying space 410 is heated.
  • the heating coil is heated by means of a burner 42 1, which lies outside of the drying space 410.
  • the hot exhaust gases of the burner 421 are cleaned after passing through the heating coil 422 and, before or after, passed through a heat exchanger 423 to recover at least a portion of the heat.
  • a circulating fan 415 is still located inside the drying space 410 in order to be able to circulate the SHS (in the embodiment according to FIG. 2 or 3, the circulation is preferably direct through the SHS feed lines, but further fans may be provided to support the circulation ).
  • a condenser 440 is connected in such a way that cooled SHS (still above the condensate point) can be condensed and, if necessary, purified.
  • the method is heated to initiate the process until an SHS atmosphere forms in the drying space 410.
  • the bulk material reacted until an equilibrium has been established may have too high a moisture content. In this case, the already converted bulk material can be fed to the drying process again after equilibrium has been established.
  • the discharged, dried bulk material 402 is processed with the addition of bitumen and optionally other additives to asphalt.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a fifth embodiment of a part 500 of the device for producing asphalt using superheated steam, which is introduced into a drying container 510 or a stirred tank.
  • the device comprises a drying container 510 with a stirrer 512, which is driven by a drive motor 51 1.
  • the device 500 comprises an SHS production device 520 analogous to that of embodiment 200 of FIG. 2 or 300 of FIG. 3.
  • the drying container 510 is connected to the SHS production device 520 in an upper area via a feed line 52 1 and a discharge line 522 in that the SHS can be circulated and treated after leaving the drying container 510.
  • the moist bulk material 501 is circulated in the drying tank 510 and charged with SHS until the required residual moisture is reached. Subsequently, the bulk material is processed together with bitumen and optionally other additives to asphalt.
  • a production process for the production of asphalt is provided, which is particularly simple to construct and can be operated at low cost.

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung von Asphalt (304) aus einem eine Restfeuchte aufweisenden Schüttgut (301) und Bitumen (302), wobei das Schüttgut (301) mit überhitztem Wasserdampf beaufschlagt wird, um die Restfeuchte im Schüttgut (301) zu reduzieren und wobei das Schüttgut (302) reduzierter Restfeuchte mit Bitumen (303) zum Erhalt von Asphalt (304) vermengt wird. Es gibt auch eine Verwendung von überhitztem Wasserdampf in der Asphaltherstellung und eine Vorrichtung (200, 300, 400) zur Reduktion einer Restfeuchte eines Schüttguts.

Description

VERFAHREN ZUR ASPHALTHERSTELLUNG, VERWENDUNG VON
ÜBERHITZTEM WASSERDAMPF IN DER ASPHALTHERSTELLUNG UND VORRICHTUNG ZUR REDUKTION EINER RESTFEUCHTE EINES SCHÜTTGUTS
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Asphalt aus einem eine Restfeuchte aufweisenden Schüttgut und Bitumen.
Stand der Technik
Asphalt bezeichnet im Allgemeinen ein Gemisch aus Bitumen und Mineralstoffen, wie Sand, Splitt und dergleichen. Asphalt kommt einerseits natürlich vor, zum Beispiel im Val de Travers, Neuchätel (Schweiz) oder auf der Insel Trinidad. Anderseits wird Asphalt auch künstlich hergestellt. Das Bitumen wird zum Beispiel durch Destillation von Erdöl als schwerflüchtiger hochmolekularer Rückstand gewonnen. Bitumen kann damit modifiziert werden, um unterschiedliche Eigenschaften zu erreichen. Zum Beispiel können Polymere wie ataktisches Polypropylen (APP), Styrol-butadien-Styrol (SBS), Ethylen Propylen Dien Terpolymer (EPDM), Ethylen Vinyl Acetat Copolymer (EVA) oder auch Gummimehl, Wachse, Paraffine, Zeolithe etc. beigemengt sein. Mit diesen oder weiteren Zusatzstoffen können Eigenschaften wie Viskosität, Applikationstemperatur, Festigkeit, Abriebfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Witterungsbeständigkeit etc. beeinflusst werden. Weiter können diese Eigenschaften auch durch Mischung von mehreren unterschiedlichen Bitumen beeinflusst werden. Der Großteil des eingebauten Asphalts wird in Asphaltmischanlagen hergestellt. Dabei werden die einzelnen Bestandteile des Asphaltmischgutes gezielt zusammengesetzt und vermischt. Hierfür werden zunächst die Gesteinskörnungen in vordosierter Menge einer Trockentrommel zugegeben, um die enthaltene Feuchtigkeit des Gesteins zu verdampfen und die erforderliche Temperatur des Asphalts erzeugt. Der in der Mischanlage, insbesondere in der Trockentrommel anfallende Feinstaubanteil (auch Füller genannt) wird typischerweise mit Hilfe einer nachgeschalteten Entstaubungsanlage abgetrennt. Das vordosierte Mineralstoffgemisch verlässt die Trockentrommel und gelangt in einen Mischturm. Dort erfolgt die genaue Dosierung der warmen Mineralstoffe, meist nach vorheriger Absiebung in verschiedene Korngrößen. Anschliessend wird das heisse Bitumen in den Mischbehälter eingedüst und mit den Mineralstoffen vermischt. Der Asphalt hat zu diesem Zeitpunkt typischerweise eine Temperatur von ungefähr 160 bis 180 C. Schliesslich wird der fertige Asphalt heiss über Verladesilos oder direkt auf Ladeflächen von Lastwagen verladen, um im Strassen- und Wegebau eingesetzt zu werden. Die Trockentrommel, auch Drehrohrofen genannt, ist ein Ofen zur kontinuierlichen Trocknung von Stoffen. Solche Öfen sind neben dem Einsatz bei der Trocknung von Mineralstoffen für die Asphaltproduktion auch in der Herstellung von Zement bekannt.
Die Beheizung der Trockentrommel erfolgt entweder direkt, innerhalb des Ofens, zum Beispiel durch einen Brenner. Es existieren auch indirekte Beheizungen, bei welchen die Wärmezufuhr über die Drehrohrwand übertragen wird. Diese haben den Vorteil, dass die Temperatur des Innenraums der Trockentrommel besser kontrollierbar ist. Allerdings weisen diese Beheizungen einen äusserst schlechten Wirkungsgrad auf.
Die Trockentrommel kann auch kombiniert zur Trocknung des Schüttgutes und zur Mischung des Asphalts aus Bitumen und Schüttgut eingesetzt werden. Prinzipiell sind dazu zwei Vorrichtungen bekannt:
Doppelwandig: Im Aussenmantel wird das Schüttgut getrocknet, am Ende der Trommel wird das getrocknete Schüttgut in den Innenmantel überführt. In den Innenmantel ragt eine Lanze, über welche das Bitumen eingespritzt wird. Über geeignete Schaufelgeometrien wird der Asphalt gemischt und zu rück befördert.
Solche Anlagen zeichnen sich durch den kompakten Aufbau aus und sind typischerweise mobil.
Einwandig: Die Trommel weist eine grössere Länge auf, wobei im ersten Abschnitt der Trommel die Trocknung und im zweiten, sich anschliessenden Abschnitt der Trommel die Mischung erfolgt. Eine Lanze zum Eintragen des Bitumens ragt typischerweise über den Endbereich in die Trommel hinein.
Gesamthaft weisen die Trockentrommeln folgende Nachteile auf:
Trockentrommeln sind konstruktiv sehr aufwändig. So müssen die Rohre drehbar gelagert und motorisch angetrieben sein.
- Aufgrund der aufwändigen Konstruktion sind solche Vorrichtungen teuer in der Herstellung.
Der motorische Antrieb und die Lagerung der Trommel sind aufwändig in der Wartung. Insbesondere kann es bei einem Ausfall des Antriebs im Betrieb, d. h. beladener Trommel schwierig sein, die Trommel wieder in Rotation zu versetzen, ohne das Produkt austragen zu müssen.
Drehrohröfen, die in voller Beladung mit heissen Materialien plötzlich stehenbleiben, erleiden oft aussergewöhnlich teure Schäden durch die einseitige Hitzeeinwirkung des stehengebliebenen Gutes: Dabei kann eine irreversible Krümmung des Drehrohres bis zu dessen Unbrauchbarkeit erfolgen.
Die Trommel ist schwierig zu isolieren, so dass das Verfahren energetisch äusserst aufwändig und damit teuer ist.
Die direkte Beheizung der Trockentrommel hat den Nachteil, dass die Wärmeverteilung nicht optimal ist, so kann zum Beispiel das Produkt örtlich überhitzt werden. Weiter steht das Produkt in direktem Kontakt mit dem Brenner und dessen Abgasen, womit das Produkt kontaminiert werden kann.
Die indirekte Beheizung der Trockentrommel weist typischerweise einen schlechten Wirkungsgrad auf.
Die Rückgewinnung von Wärme ist in der Regel unwirtschaftlich, da das Abgas eine relativ niedrige Temperatur aufweist.
In der Trockentrommel wird Staub aufgewirbelt, welcher aufwändig aus den Abgasen filtriert werden muss.
Die Abgase müssen auch nachbehandelt werden, um Emissionen von VOC's (volatil organic Compounds) aus den Verbrennungsabgasen des Brenners zu verhindern. Solche Verfahren (Filtern, katalytische Nachverbrennung) sind kostenintensiv und aufwändig.
Aufgrund des hohen Anteils an Luftsauerstoff und brennbaren Stoffen, wie zum Beispiel Stäube, besteht latente Feuer- und Explosionsgefahr.
Weiter darf bei den Abgasen der Taupunkt nicht vor dem Kamineintritt unterschritten werden. Um die Temperatur solange über dem Taupunkt zu halten, muss viel Energie eingesetzt werden.
Die Industrie forscht seit Jahrzehnten an der Optimierung der Herstellung von Asphalt, insbesondere da es sich um ein Produkt handelt, welches weltweit in enormen Mengen produziert wird. Bislang wurden lediglich kleinere Erfolge durch Modifikationen an den Brennern und in der Wärmerückgewinnung erreicht. Weiter nimmt der Einsatz von recycliertem Asphalt einen immer grösseren Stellenwert ein. Gegenwärtig können geringe Mengen ungetrockneter recyclierter Asphalt beim Asphaltmischen beigemengt werden (im Bereich von 5%). Es ist ebenfalls bekannt, den recyclierten Asphalt vorgängig zu trocknen, damit grössere Mengen der Asphaltproduktion beigeführt werden können. Der recyclierte Asphalt kann aber aufgrund des grossen Schüttwinkels (ungefähr 60°) kaum vor der Trocknung dem Schüttgut beigemengt werden. Die schlechteren Fliesseigenschaften des recyclierten Asphalts beeinträchtigen den Transport im Drehrohrofen negativ, d.h. der Winkel des Drehrohrofens müsste der beigemengten Asphaltmenge angepasst werden. Weiter besteht im Drehrohrofen die Gefahr, dass das im recyclierten Asphalt vorhandene Bitumen sich entzünden kann. Weiter fallen damit vermehrt Abgase an. Auch werden die gesamte Trocknungsanlage und die Fördereinrichtungen durch die Verwendung von recycliertem Asphalt verschmutzt. Es wurden bislang verschiedene Anstrengungen unternommen, um den recyclierten Asphalt dennoch effizient trocknen zu können. Zum einen werden zwei Trocknungsanlagen parallel betrieben (sogenannt „schwarze" und „weisse" Trocknungsanlage) und zum andern werden die Trocknungsanlagen direkt über dem Silo respektive der Mischanlage (erhöht) angeordnet. Mit letzterer Massnahme kann auf eine Transporteinrichtung, insbesondere auf eine warme Transporteinrichtung, zwischen Trockentrommel und Silo verzichtet werden. Beide Massnahmen haben aber grosse Nachteile. Offensichtlich werden durch den Einsatz einer separaten Trocknungsanlage für den recyclierten Asphalt die Kosten massiv erhöht, da nicht nur eine zweite Trocknungsanlage gebaut, sondern auch ausgelastet, gewartet und gegebenenfalls repariert werden muss. Auch die Anordnung über der Mischvorrichtung hat den Nachteil, dass sie technisch sehr aufwendig ist. Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Verfahren zur Herstellung von Asphalt zu schaffen, welches energie- und kosteneffizient durchführbar ist und insbesondere auch für den Einsatz von recycliertem Asphalt geeignet ist. Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung wird zur Herstellung von Asphalt das Schüttgut mit überhitztem Wasserdampf beaufschlagt, um die Restfeuchte im Schüttgut zu reduzieren und das Schüttgut mit der reduzierten Restfeuchte wird mit Bitumen vermengt, um Asphalt zu erhalten. Damit wird erfindungsgemäss überhitzter Wasserdampf in der Herstellung von Asphalt zur Reduktion von Restfeuchte in einem Schüttgut verwendet.
Eine entsprechende Vorrichtung zur Reduktion einer Restfeuchte eines Schüttguts, umfasst einen Trocknungsraum zum Reduzieren der Restfeuchte des Schüttgutes, wobei dem Trocknungsraum ein Mischwerk zum Vermengen des Schüttgutes mit Bitumen und damit zur Herstellung von Asphalt nachgeschaltet ist. Die Vorrichtung umfasst weiter eine Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen von überhitztem Wasserdampf, womit überhitzter Wasserdampf in den Trocknungsraum eintragbar ist.
Nachfolgend wird unter prozentualem Anteil, zum Beispiel 10 % Restfeuchte, jeweils ein prozentualer Anteil in Gewichtsprozent verstanden, sofern nichts anderes angegeben ist. Überhitzter Wasserdampf ist Wasserdampf mit einer Temperatur oberhalb der Siedetemperatur. Zum Beispiel wird Wasserdampf bei atmosphärischem Druck als überhitzt angesehen, wenn die Temperatur grösser 100°C ist. Solcher überhitzter Wasserdampf ist trocken, das heisst, er enthält keine Wassertropfen. Daher wird der überhitzte Wasserdampf auch Trockendampf genannt. Überraschenderweise haben Experimente gezeigt, dass in der Asphaltherstellung mit dem Einsatz von überhitztem Wasserdampf Schüttgüter für die Herstellung von Asphalt effizient getrocknet werden können, womit eine kostengünstigere und einfachere Asphaltproduktion erreicht werden kann. Während bei herkömmlichen Trommeltrocknern das Schüttgut zuerst erwärmt wird und erst danach trocknet, haben Versuche gezeigt, dass die Wärmeübertragung vom überhitzten Wasserdampf zur Restfeuchte im Schüttgut derart optimal ist, dass noch vor der eigentlichen respektive abschliessenden Erhitzung des Schüttgutes, die Restfeuchte bereits zu verdampfen beginnt. Demnach scheint die Wärmeübertragung zwischen dem überhitzten Wasserdampf und der Restfeuchte signifikant besser zu sein als zwischen dem überhitzten Wasserdampf und dem Schüttgut. Dieser Effekt konnte insbesondere bei mineralischen Schüttgütern wie zum Beispiel bei Sand in besonders grossem Ausmass beobachtet werden. Ein grosser Vorteil, welcher aus diesem Effekt hervorgeht, ist eine besonders energieeffiziente Trocknung, da ein wesentlicher Teil der Wärme direkt an die Restfeuchte übertragen werden kann. Weiter kann damit nicht nur die Restfeuchte an der Oberfläche, sondern auch Kapillarwasser besonders effizient entfernt werden. Die Versuche haben ebenfalls gezeigt, dass die Reduktion der Restfeuchte nicht nur unter relativ geringem Energieeinsatz erfolgen kann, sondern dass die Restfeuchte selbst auch in kurzer Zeit und unter geringem Energieaufwand besonders stark reduziert werden kann.
Beim Einsatz von überhitztem Wasserdampf für die Trocknung von Schüttgütern ist nicht alleine die Aufnahmekapazität für die Restfeuchte relevant, sondern die Bildung von „neuem" überhitztem Wasserdampf aus der Restfeuchte. Dies geschieht durch die Übertragung der Wärmeenergie des überhitzten Wasserdampfes an die Restfeuchte im Schüttgut. Je höher die Temperatur des überhitzten Wasserdampfes ist, desto mehr Restfeuchte kann damit in die Dampfphase überführt werden, womit das Schüttgut ebendiese Restfeuchte verliert.
Der Einsatz von überhitztem Wasserdampf beim Trocknen des Schüttgutes in der Herstellung von Asphalt weist gegenüber der üblichen Verwendung von Heissluft in der Trockentrommel unter anderen die folgenden Vorteile auf:
1. Überhitzter Wasserdampf weist eine wesentlich bessere Wärmeübertragung auf das Schüttgut und damit auf die Restfeucht im Schüttgut auf. Damit erfolgt eine schnelle Verdampfung der Restfeuchte im Schüttgut.
2. Überhitzter Wasserdampf kann so lange Restfeuchte aufnehmen, bis der Taupunkt des Wasserdampfs erreicht ist (100°C bei Atmosphärendruck).
3. Überhitzter Wasserdampf weist gegenüber Luft eine wesentlich höhere, in etwa die doppelte spezifische Wärmekapazität auf. Damit wird ein schneller Wärmeübergang erreicht. 4. Überhitzter Wasserdampf weist gegenüber Luft eine wesentlich geringere, rund 40 % geringere, Viskosität auf. Damit wird das Eindringen des überhitzten Wasserdampfs in Poren des Schüttgutes und damit der effektive Wärmetransport verbessert.
5. Da die Atmosphäre über dem Schüttgut aus Wasserdampf besteht, ist der Sauerstoffgehalt entsprechend klein, womit kaum Oxidationsprozesse einsetzen und eine Brand- und Explosionsgefahr gering gehalten werden kann.
6. Da kein Diffusionswiderstand zwischen verdampfter Feuchte und dem überhitzten Wasserdampf besteht, ergibt sich ein effizienterer Massentransport von innen nach aussen (auch aufgrund der geringen Viskosität unter Punkt 4).
7. Die Fördertechnik ist damit nicht auf die Trockentrommel beschränkt, sondern kann weitgehend beliebig gewählt werden. Mit einem Verzicht auf die Trockentrommel können insbesondere einfachere und kostengünstigere Fördertechniken eingesetzt werden, welche unter Umständen auch eine geringere Staubentwicklung verursachen, womit wiederum auf eine Abluftfiitrierung verzichtet oder auf eine einfachere und kostengünstigere Abluftfiitrierung zurückgegriffen werden kann.
8. Da bei der Erzeugung des Wasserdampfs typischerweise eine indirekte Heizung eingesetzt wird, ist der überhitzte Wasserdampf frei von Abgasen, womit wiederum auf aufwändige Filter verzichtet werden kann.
9. Es sind keine Schleusen oder Absperrungen notwendig.
10. Der Energiebedarf kann im Vergleich zur Heisslufttrocknung um bis zu 50 % verringert werden.
1 1. Bis zu 90 % der Energie sind rückführbar.
12. Die Trocknungszeit kann um bis zu 80 % reduziert werden.
13. Die Trocknungsanlage kann kompakter und kostengünstiger ausgebildet werden, woraus auch geringere Investitionskosten resultieren.
14. Es entstehen kaum gesundheitsschädliche oder geruchsbelästigende Emissionen.
Vorzugsweise handelt es sich beim Schüttgut um ein mineralisches Schüttgut, insbesondere Kies oder Sand, dessen Restfeuchte reduziert wird. Dies ist von Vorteil, da für die Asphaltproduktion typischerweise mineralische Schüttgüter als Komponenten vorliegen, welche eine zu reduzierende Restfeuchte aufweisen. Alternativ können auch Restfeuchten andere Edukte in der Asphaltproduktion mit diesem Verfahren verringert werden. Zum Beispiel kann eine Restfeuchte auch von rezykliertem Asphalt reduziert werden, um diesen anschliessend in der Mischvorrichtung dem Bitumen und dem mineralischen Schüttgut beizumengen. Bevorzugt ist die zu reduzierende Restfeuchte kleiner als 10 %, vorzugsweise kleiner als 7 %, besonders bevorzugt kleiner als 5 %. Dadurch, dass für das Verfahren ein zu trocknendes Ausgangsmaterial mit relativ geringer Restfeuchte gewählt wird, kann die Asphaltherstellung besonders Energieeffizient durchgeführt werden. Insbesondere hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass auch bei geringem Anteil von Restfeuchte eine effiziente Wärmeübertragung durch den überhitzten Wasserdampf erreichbar ist, so dass auch relativ trockene Stoffe effizient mit überhitztem Wasserdampf getrocknet werden können.
In Varianten können auch Schüttgüter mit grösserer Restfeucht als 10 % mit überhitztem Wasserdampf getrocknet werden. Vorzugsweise ist eine reduzierte Restfeuchte kleiner als 2 %, vorzugsweise kleiner als 1 %, besonders bevorzugt kleiner als 0.5 %. Für die Asphaltproduktion ist es von besonderem Vorteil, wenn das eingesetzt Schüttgut, welches nach dem Trocknungsvorgang typischerweise mit Bitumen vermengt wird, eine geringe Restfeuchte aufweist - allerdings ist es nicht zwingend notwendig, dass die Restfeuchte beliebig gering ist. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere eine Restfeuchte von ungefähr 0.5 % hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit im Herstellungsprozess sowie in Bezug auf die Anforderungen an die Asphaltqualität besonders ideal ist.
Prinzipiell ist es nicht ausgeschlossen, dass auch Schüttgüter mit einer Restfeuchte von grösser 2 % bereits mit Bitumen zu Asphalt vermengt werden können. Dies kann dann ausreichen, wenn geringere Anforderungen an den Asphalt gestellt sind oder wenn der Asphalt noch nachbehandelt wird. So können zum Beispiel dem Asphalt oder bereits dem Schüttgut hygroskopische Stoffe beigemengt werden, welche die freie Restfeuchte im Asphalt reduzieren. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem Druck von 900 bis 1 100 mbar erfolgt. Besonders bevorzugt wird das Verfahren beim lokalen Normaldruck durchgeführt. Damit kann auf eine aufwändige Konstruktion eines Trocknungsraums als Druckbehälter verzichtet werden. Unter dem Begriff „Trocknungsraum" ist nachfolgend ein Raum zu verstehen, in welchem die Trocknung des Schüttguts erfolgt. Die Anlage und die Wartung derselben werden damit besonders kostengünstig.
In Varianten kann auch überhitzter Wasserdampf bei einem anderen Druck eingesetzt werden. Vorzugsweise wird der überhitzte Wasserdampf in einen Trocknungsraum eingetragen, durch welchen das Schüttgut kontinuierlich in eine Transportrichtung transportiert wird. Damit wird eine kontinuierliche Trocknung des Schüttgutes erreicht. Kontinuierliche Prozesse haben den Vorteil, dass abgesehen von den Wartungszeiten oder für Reparaturen keine Unterbrechung des Prozesses notwendig ist. Im vorliegenden Fall ist die kontinuierliche Verfahrensweise von besonderem Vorteil, da mit dem überhitzten Wasserdampf im Trocknungsraum eine Atmosphäre geschaffen wird, welche konstant gehalten werden kann, insbesondere wenn der Stoffdurchsatz und die Schüttguteigenschaften im Wesentlichen konstant bleiben. Damit kann ein besonders einfach zu kontrollierendes Verfahren zum Trocknen eines Schüttgutes geschaffen werden, bei welchem kontinuierlich Feinjustierungen der Prozessparameter wie Dampfdurchsatz, Dampftemperatur, Stoff durchsalz etc. vorgenommen werden können. Damit können, abgesehen von einem Verfahrensstart, die gewünschten Prozessbedingungen (typischerweise die nach der Trocknung erzielte Restfeuchte) konstant gehalten werden.
Prinzipiell kann das Verfahren auch diskontinuierlich durchgeführt werden, wobei damit die Restfeuchte im Schüttgut sich in der Art eines Sägezahnmusters (oder Kippschwingung, Sägezahnschwingung) ändern würde. Die Restfeuchte würde jeweils beim Batchwechsel sprunghaft ansteigt, um danach kontinuierlich zu sinken.
Vorzugsweise wird der überhitzte Wasserdampf im Gegenstrom, entgegen der Transportrichtung, in den Trocknungsraum eingetragen. So kann ein Temperaturgradient während des Eintragens des Schüttguts in den Trocknungsraum kontinuierlich steigen, womit ein monotones Aufheizen des Schüttguts erreicht wird. Beim Eintreten in den Trocknungsraum wird vorerst Oberflächenwasser (sofern vorhanden) und danach Grobkapillarwasser in die Dampfphase übertragen. Die grösste Energie wird zum Entfernen des Feinkapillarwassers benötigt. Da das Feinkapillarwasser aber erst gegen Ende des Trocknungsprozesses entfernt wird, ist es von Vorteil, wenn das Schüttgut im Gegenstrom mit dem überhitzten Wasserdampf beaufschlagt wird. Weiter ergibt sich aus dem Gegenstromverfahren den Vorteil, dass eine erhöhte Konvektion erreicht wird, womit eine verbesserter Kontakt zwischen überhitztem Wasserdampf und Schüttgut und damit ein effizienteres Verdampfen der Restfeuchte im Schüttgut erreicht wird.
In Varianten kann der überhitzte Wasserdampf auch im Gleichstrom mit dem Schüttgut durch den Trocknungsraum transportiert werden. Dies hat den Vorteil, dass durch das Schüttgut selbst, welches mit geringerer Temperatur aus dem Trocknungsraum austritt, weniger Energie aus dem System abgeführt wird. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Fördervorrichtung, womit das Schüttgut durch den Trocknungsraum hindurch in das Mischwerk förderbar ist. Bevorzugt wird damit das Schüttgut über ein Förderband durch den Trocknungsraum hindurchgefördert. Diese Fördertechnik ist besonders einfach installierbar sowie kostengünstig in der Anschaffung und im Unterhalt. Mit Förderbändern kann das Schüttgut insbesondere während eines Grossteils des Herstellungsprozesses transportiert werden. Eine Zufuhr zum Trocknungsraum kann ebenfalls bereits über Förderbänder erfolgen. Damit muss das Schüttgut während des Prozesses nicht aufwändig auf eine andere Fördervorrichtung, wie zum Beispiel eine Trommel oder eine Schnecke, umgeladen werden. Auch kann das bereits getrocknete Schüttgut mit derselben Fördervorrichtung weiter transportiert werden, zum Beispiel zu einer Mischvorrichtung, in welcher dem Schüttgut Bitumen beigemengt wird. Weiter kann mit einem Förderband ein Stoffumsatz besonders einfach angepasst werden, indem die Beladung (zum Beispiel Menge Schüttgut pro Laufmeter) geändert oder die Vorschubgeschwindigkeit des Förderbands angepasst wird. Der Einsatz von überhitztem Wasserdampf hat in diesem Zusammenhang den Vorteil, dass das Schüttgut während des Trocknungsvorgangs nicht zwingend durchmischt wird, da der überhitzte Wasserdampf für einen sehr guten Wärmetransport sorgt.
In Varianten kann auch eine Trockentrommel eingesetzt werden, d. h. der Trocknungsraum kann selbst als Fördermittel ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass bestehende Anlagen zur Herstellung von Asphalt, insbesondere die Trocknungsanlage relativ einfach mit einer Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen von überhitztem Wasserdampf nachgerüstet werden kann. Weiter kann die Förderung des Schüttguts auch mittels einer Förderschnecke oder sonstigen dem Fachmann bekannten Fördermitteln für Feststoff erfolgen. Insbesondere kann die Trocknung auch batchweise, d. h. diskontinuierlich erfolgen.
In einer weiteren Variante kann auch eine weitgehend beliebige Fördervorrichtung, zum Beispiel eine Fördervorrichtung zum Fördern des Schüttgutes nach der Trocknung zu einem Silo, insbesondere einem Heisssilo oder einer Mischanlage eingesetzt werden. Diese Fördervorrichtung kann beispielsweise bei einer Förderung in ein Silo ein senkrecht ausgerichtetes Schaufelförderband umfassen, welches zu einem Trocknungsraum nachgerüstet werden kann. Damit kann die Asphaltproduktionsanlage besonders kostengünstig nachgerüstet und kompakt ausgebildet werden.
Die Fördervorrichtung kann auch als Kettenförderer, Vibrationsförderer, Rohrförderer, Schienenförderer mit Beförderungswagen, Schneckenförderer, Schüttelrutsche, Schwingförderer und dergleichen ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Variante wird jedoch der typische Trommeltrockner in der Asphaltproduktionsanlage durch einen Trocknungsraum ersetzt, welcher als Fördervorrichtung besonders bevorzugt ein Förderband enthält.
In einem weiter bevorzugten Verfahren wird der überhitzte Wasserdampf durch eine Aufnahme von Restfeuchte des Schüttgutes abgekühlt und bei einer Temperatur von mindestens 100°C, vorzugsweise mindestens 105°C aus dem Trocknungsraum ausgetragen. Vorzugsweise wird überhitzter Wasserdampf bei einer Temperatur zwischen 100°C und 350°C, vorzugsweise zwischen 170°C und 270°C, besonders bevorzugt zwischen 200°C und 240°C in den Trocknungsraum eingetragen. Versuche haben gezeigt, dass das Verfahren zum Beispiel gut bei 220°C durchgeführt werden kann. Besonders bevorzugt ist die Temperatur des überhitzten Wasserdampfs über 100°C. Prinzipiell ist die Temperatur bei konstantem Stoffdurchsatz von überhitztem Wasserdampf proportional zur umgesetzten Stoffmenge an Schüttgut. Das Ziel bei der Wahl der Eintragstemperatur des überhitzten Wasserdampfs in den Trocknungsraum ist, dass der aus dem Trocknungsraum austretende Wasserdampf - zwar bei einer niedrigeren Temperatur - aber nach wie vor überhitzt ist. Würde nämlich die Temperatur des Wasserdampfs unter den Siedepunkt fallen, so würde der Dampf kondensieren und das Schüttgut würde damit befeuchtet. Anderseits soll die Temperatur des überhitzten Wasserdampfs aus ökonomischen Gründen beim Eintrag in den Trocknungsraum nur so hoch sein, dass die Temperatur des aus dem Trocknungsraum austretenden Wasserdampfs nicht weit über dem Siedepunkt liegt. Vorzugsweise wird der überhitzte Wasserdampf im Kreislauf geführt, wobei die durch den Trocknungsprozess dem überhitzten Wasserdampf zugeführte Dampfmenge zum Beispie! über einen Wärmetauscher abgeschieden wird.
Der Trocknungsprozess kann zum Beispiel über die Dampftemperatur beim Eintrag, über die Dampfmenge oder über die Schüttgutfördermenge geregelt werden. Vorzugsweise erfolgt die Regelung kontinuierlich anhand von aktuellen Messdaten dieser Parameter. Die Regelung kann aber auch sporadisch, aufgrund periodischer Analysen des Wassergehalts im getrockneten Schüttgut oder in anderen Intervallen erfolgen.
Dem Fachmann ist klar, dass der überhitzte Wasserdampf auch eine Temperatur über 350°C haben kann. Solche hohen Temperaturen können zum Beispiel bei der Produktion von Gussasphalt von Vorteil sein.
Vorzugsweise weist die Austrittstemperatur des Schüttguts mit reduzierter Restfeuchte eine Temperatur von über 100°C, besonders bevorzugt über 1 50°C, insbesondere von mehr als 160° auf. Diese Temperatur hat sich als besonders vorteilhaft für die Weiterverarbeitung des Schüttguts zu Asphalt erwiesen. In Varianten kann die Austragungstemperatur auch grösser als 160°C oder tiefer als 100°C sein.
In einem besonders bevorzugten Verfahren wird der überhitzte Wasserdampf bei einer Temperatur von 220°C in den Trocknungsraum eingetragen und der Volumenstrom des überhitzten Wasserdampfs wird derart gesteuert, dass die Temperatur des überhitzten Wasserdampfs innerhalb des Trocknungsraums nicht unter 200°C, vorzugsweise nicht unter 210°C fällt. Diese Parameter sind von besonderem Vorteil, da damit das ausgetragene Schüttgut nicht nur hinreichend Trocken ist, sondern auch bei relativ kleiner Verweildauer im Trocknungsraum auf eine hinreichend hohe Weiterverarbeitungstemperatur, insbesondere auf über 160°C, erhitzt werden kann.
Dem Fachmann ist jedoch klar, dass die Parametersteuerung beliebig variiert werden kann, um dasselbe Resultat zu erreichen. Dazu können die Eintrittstemperatur und der Volumenstrom des überhitzten Wasserdampfs, sowie der Stoffdurchsatz des Schüttgutes variiert werden. Versuche haben gezeigt, dass typischerweise die Restfeuchte im Schüttgut derart effizient reduziert werden kann, dass die gewünschte Austragungstemperatur des Schüttguts typischerweise noch nicht erreicht ist, während die Restfeuchtigkeit bereits hinreichend reduziert ist. In diesem Fall wird die Verweildauer im Trockenraum künstlich verlängert, um die gewünschte Austragungstemperatur zu erreichen. In Varianten kann das Schüttgut nach dem Trocknungsvorgang in einem separaten Verfahrensschritt in einer zusätzlichen Heizvorrichtung auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Damit kann gegebenenfalls ein kostengünstigeres Trocknungsverfahren bereitgestellt werden, da eine geringere Leistung der Erzeugungsvorrichtung für den überhitzten Wasserdampf verwendet und auch eine kleinere Trocknungsvorrichtung eingesetzt werden kann.
Bevorzugt wird das Schüttgut mit dem überhitzten Wasserdampf auf eine Temperatur von vorzugsweise über 1 0 °C, besonders bevorzugt auf 150 °C bis 170 °C, insbesondere auf 155 °C bis 165 °C aufgeheizt. Damit wird eine ideale Weiterverarbeitungstemperatur für die Herstellung des Asphalts erreicht. In Varianten kann auch eine andere Temperatur, zum Beispiel über 165 °C vorgesehen sein. Für die Herstellung von Gussasphalt kann zum Beispiel eine Temperatur von 260 °C vorgesehen sein.
Vorzugsweise wird das Schüttgut reduzierter Restfeuchte insbesondere durch Rütteln oder Absaugen entstaubt. Dadurch, dass im Trocknungsverfahren auf einen Trommeltrockner verzichtet werden kann, werden die im Schüttgut enthaltenen Stäube, welche in der Asphaltproduktion nicht erwünscht sind, nicht aufgewirbelt (die Aufwirbelung erfolgt einerseits aufgrund der Rotation in der Trommel, anderseits aber auch durch den durch den Brenner erzeugten Gasstrom). Damit kann auch auf eine aufwendige Filtration der Abluft verzichtet werden. Um diese Stäube dennoch effizient und kostengünstig entfernen zu können, kann zum Beispiel als besonders einfache und kostengünstige Variante ein Rüttelsieb oder ein Sauger vorgesehen sein. Dem Fachmann sind aber auch andere Varianten zur Entstaubung des Schüttgutes nach dem Trocknungsvorgang bekannt. Prinzipiell könnte das Schüttgut auch bereits vor dem Trocknungsvorgang entstaubt werden.
Vorzugsweise bildet der Trocknungsraum ein geschlossenes System, insbesondere ein geschlossener Kreislauf. Das System umfasst bevorzugt die Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen des überhitzten Wasserdampfs. Damit kann der Wasserdampf nach dem Durchtritt durch den Trocknungsraum entweder direkt wieder aufgeheizt und rückgeführt werden, oder die Restenergie des Wasserdampfs kann über einen im System integrierten Wärmetauscher zurückgewonnen werden, während das verbleibende Kondensat entsorgt werden kann. Das geschlossene System hat den Vorteil, dass das Verfahren besonders energieeffizient durchgeführt werden kann. Weiter weist das geschlossene System den Vorteil auf, dass keine Abgase, Stäube oder sonstige Emissionen austreten können, womit ein besonders sicherer Betrieb erreicht wird.
In Varianten kann die Vorrichtung auch offen gehalten sein. Auch in diesem Fall kann eine Energierückgewinnung erfolgen - wenn auch nicht mit derselben Effizienz.
Wird das System im Kreislauf betrieben, so kann der Wasserdampf direkt wieder für die Produktion von überhitztem Wasserdampf eingesetzt werden, da nach dem Einsatz des Wasserdampfes nach wie vor Wasserdampf vorliegt - der Unterschied liegt im Wesentlichen in der tieferen Temperatur und in der höheren Menge, welche sich während des Trocknungsprozesses aufgrund der verdampften Restfeucht erhöht. Da der Wasserdampf keinen Abgasen eines Brenners ausgesetzt war, verunreinigt sich dieser ausschliesslich durch volatile Anteile des Schüttgutes. Falls lediglich Kies oder Sand als Schüttgut eingesetzt wird, kann damit der Wasserdampf auch nach dem Trocknungsprozess noch relativ sauber vorliegen, da ausser Wasser kaum volatile Stoffe im Kies oder Sand vorhanden sind.
Demgegenüber wird bei einer Heissiufttrocknung trockene Luft verwendet, welche nach dem Einsatz Feuchtigkeit aufweist und so nicht wieder einsetzbar ist. Das Prinzip der Heissiufttrocknung basiert im Unterschied zur vorliegenden Methode darauf, dass trockene Luft bis zur Sättigung eine gewisse Menge Wasser aufnehmen kann. Danach muss die feuchte Luft von den Schadstoffen des Brenners gereinigt werden und gegebenenfalls kann über einen Wärmetauscher die Wärme zurückgewonnen werden. Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung von
Asphalt gemäss dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer
Vorrichtung zur Herstellung von Asphalt unter Verwendung von überhitztem Wasserdampf in einer Trockentrommel; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer
Vorrichtung zur Herstellung von Asphalt unter Verwendung von überhitztem Wasserdampf in einem Trocknungsraum mit einem Förderband bei über dem Silo angeordnetem Trocknungsraum;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer
Vorrichtung zur Herstellung von Asphalt unter Verwendung von überhitztem Wasserdampf in einem Trocknungsraum mit einem Förderband und einem
Trommelmischer;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines Teils der Vorrichtung zur Herstellung von Asphalt unter Verwendung von überhitztem Wasserdampf, welcher innerhalb eines Trocknungsraums erzeugt wird;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform eines Teils der Vorrichtung zur Herstellung von Asphalt unter Verwendung von überhitztem Wasserdampf, welcher in einen Rührkessel eingeleitet wird.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wege zur Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 zur Herstellung von Asphalt 104 gemäss dem Stand der Technik. In einer solchen Vorrichtung wird im Wesentlichen ein feuchtes Schüttgut 101 in einem Trommeltrockner 120 zu einem Schüttgut mit verminderter Restfeuchte 102 getrocknet und anschliessend mit Bitumen 103 und gegebenenfalls anderen Zusatzstoffen zu Asphalt vermengt. Nachfolgend sei das Verfahren in einer beispielhaften Ausführungsform näher erläutert.
In einem ersten Schritt wird das feuchte Schüttgut 101 , zum Beispiel feuchter Sand 101 , auf einem Förderband 1 10 in einen Trommeltrockner 120 befördert. Der Trommeltrockner 120 ist auch unter dem Begriff Drehrohrofen, Trockentrommel etc. bekannt. Er weist einen Zylindermantel respektive eine Trommel auf, welcher rotierbar angetrieben ist. Bei der einen Öffnung, dem Eintrag 1 21 des Trommeltrockners, wird das zu trocknende Schüttgut 101 , vorliegend mit einem Förderband 1 10, eingetragen. Ein Transport des Schüttgutes in der Trockentrommei wird durch eine geringe Neigung der Trommel in Förderrrichtung, vom Eintrag 121 hin zum Austrag 122, erreicht, so dass bei der sich rotierenden Trommel das Schüttgut 101 kontinuierlich in Richtung des Austrags 122 ausgetragen werden kann. Im Bereich des Austrags 122 der Trommel befindet sich ein Brenner 130, womit der Innenraum der Trommel beheizt wird, um damit das Schüttgut 101 zu trocknen. Die anfallenden Abgase werden auf der Eintragsseite der Trommel abgeführt und mit Filternaufbereitet (nicht dargestellt).
Das aus dem Trommeltrockner 1 20 ausgetragene, getrocknete Schüttgut 102 wird über ein weiteres Förderband 1 0 in einen Eintrag eines wärmeisolierten Schaufelförderers 150 transportiert. Damit wird das getrocknete Schüttgut 102 in ein Silo 160 eingetragen. Ein weiteres, peripher zum Silo 160 angeordnetes Silo 170 enthält Bitumen 103. Das Bitumen
103 wird in einer Mischvorrichtung 180 mit dem getrockneten Schüttgut 102 zu Asphalt
104 vermengt, welcher zur weiteren Verwendung mit einem Transporter 190 an seinen Bestimmungsort transportiert werden kann. Zu dem obig beschriebenen Verfahren sind Varianten bekannt. So ist zum Beispiel der Einsatz einer indirekten Beheizung des Trommeltrockners auch bekannt. Weiter sind auch Verfahren bekannt, bei welchen das Bitumen direkt in die Trocknungstrommel eingetragen und dort der Asphalt gemischt wird. Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Schüttgut in einem Doppelmantel getrocknet und anschliessend während einer Rückführung im Innenmantel mit Bitumen vermischt.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 200 zur Herstellung von Asphalt 204 unter Verwendung von überhitztem Wasserdampf in einer Trockentrommel 201 .
Die vorliegende Vorrichtung 200 zeigt eine Möglichkeit auf, wie eine Vorrichtung 100 gemäss dem Stand der Technik (siehe Figur 1 ) derart aufgerüstet werden kann, dass sie mit überhitztem Wasserdampf (SHS, Super Heated Steam) statt eines Brenners 130 betrieben werden kann. Das Ziel ist es dabei, möglichst einfach und kostengünstig eine bestehende Vorrichtung zur Herstellung von Asphalt umzurüsten. Die Vorrichtung 200 umfasst im Wesentlichen die Teile gemäss der Figur 1 , wobei aber der Trommeltrockner 220 vorliegend keinen Brenner 130 aufweist. Stattdessen weist der Trommeltrockner 220 eine Vorrichtung zum Erzeugen von SHS 230 auf. Diese umfasst im Bereich des Austrags 222 eine Zuleitung 231 für SHS und im Bereich des Eintrags 221 eine Ableitung 232 zum Abführen der Feuchtigkeit und/oder des SHS. Im Verfahren wird das feuchte Schüttgut 201 kontinuierlich mittels des Förderbands 1 10 in den Eintrag 221 des Trommeltrockners 220 transportiert. Durch die Rotation des Trommeltrockners 220 wird das Schüttgut kontinuierlich durch den Trommeltrockner transportiert. Mit der SHS- Erzeugungsvorrichtung 230 wird SHS erzeugt und über die Zuleitung 231 in den Austrag 222 des Trommeltrockners 220, das heisst gegen Strom oder entgegen der Förderrichtung des Schüttgutes 201 im Trommeltrockner 220, eingeführt. Der SHS erhitzt das feuchte Schüttgut 201 und lässt dadurch zumindest einen Teil der Feuchtigkeit des Schüttgutes verdampfen. Gleichzeitig sinkt die Temperatur des SHS, da dessen Wärme zum Verdampfen der Feuchtigkeit im Schüttgut 201 eingesetzt wird. Der Massenstrom und die Temperatur des eingetragenen SHS sind dabei derart reguliert, dass der SHS nicht kondensiert respektive dass der SHS bei einem Normaldruck von 1 Bar eine Temperatur von 100°C nicht unterschreitet. Der Massentransport im Trommeltrockner 220 ist derart eingestellt, dass die Restfeuchte in gewünschtem Ausmass reduziert werden kann (zum Beispiel 1 % oder 0.5 %). Der SHS wird beim Eintritt 221 des Trommeltrockners 220 über eine Ableitung 232 der SHS-Erzeugungsvorrichtung 230 zurückgeführt.
Aufgrund des Trocknungsvorgangs ist der SHS-Massenstrom beim Eintritt 221 grösser als beim Austritt 222. Deshalb wird bei der SHS-Erzeugungsvorrichtung 230 ein Teil des Massenstroms abgezweigt. Dieser Teilstrom wird kondensiert und entsorgt. Die Kondensation erfolgt vorzugsweise über einen Wärmetauscher, womit zumindest ein Teil der Wärmeenergie zurückgewonnen werden kann. Gegebenenfalls erfolgt vor oder nach der Kondensation ein Reinigungsschritt mit Filter, Aktivkohle, über Sedimentation oder dergleichen. Der nicht entsorgte Teilstrom wird aufbereitet, um diesen wieder als SHS dem Trommeltrockner 220 zuführen zu können. Die Aufbereitung kann eine Reinigung des SHS umfassen. Zum Beispiel kann der SHS über Filter, Zyklon oder andere dem Fachmann bekannte Systeme geführt werden, um Verunreinigungen abzuscheiden. Weiter umfasst die Aufbereitung das Aufheizen des SHS oder je nach Temperatur des Wasserdampfes/Wassers (der SHS soll im Trommeltrockner die Kondensationstemperatur nicht erreichen, bis zur Aufbereitung könnte der SHS aber durchaus soweit abkühlen). Die Reinigung des SHS kann auch vor dem Aufteilen in die Teilströme erfolgen.
Der SHS wird damit weitgehend im Kreislauf verwendet, lediglich die Menge des durch die Trocknung anfallenden Wassers wird dem Kreislauf entnommen. Für die SHS-Erzeugung ist nach der Initiierung des Verfahrens kein Frischwasser notwendig, womit das System ökologisch betrieben werden kann. Dadurch, dass lediglich SHS mit dem Schüttgut in Berührung kommt, können auch Kontaminationen des Schüttgutes vermieden werden. Verunreinigungen können direkt mit dem SHS aufgefangen und durch eine Kondensation in die Wasserphase überführt werden. Dazu kann zum Beispiel der Einsatz eines Zyklons von Vorteil sein, da damit das abzuscheidende Wasser mit den Verunreinigungen aufkonzentriert werden kann.
In einer nicht dargestellten Variante kann auf die SHS-Erzeugungsvorrichtung 230 auch verzichtet werden. In diesem Fall wird der SHS aus der Feuchtigkeit des feuchten Schüttguts 201 erzeugt, indem der Innenraum, vorzugsweise indirekt, erhitzt wird. Dieses Verfahren hat allerdings den Nachteil, dass es beim Aufstarten relativ lange dauern kann, bis sich die SHS-Atmosphäre eingestellt hat. In einer weiteren Variante wird mit der SHS- Erzeugungsvorrichtung 230 die SHS-Atmosphäre erzeugt und danach abgeschaltet, wenn die SHS-Atmosphäre mit der Restfeuchte des Schüttgutes aufrechterhalten werden kann. Das aus dem Trommeltrockner 220 ausgetragene, getrocknete Schüttgut 202 wird über ein weiteres Förderband 140 in einen Eintrag eines Schaufelförderers 1 50 eingetragen. Damit wird das getrocknete Schüttgut 202 in ein Silo 160 eingetragen. Ein weiteres, peripher zum Silo 1 60 angeordnetes Silo 170 enthält Bitumen 203. Das Bitumen 203 wird in einer Mischvorrichtung 180 mit dem getrockneten Schüttgut 202 zu Asphalt 204 vermengt, welches zur weiteren Verwendung mit einem Transporter 1 0 an seinen Bestimmungsort transportiert werden kann.
Dem Fachmann ist klar, dass auf das Silo 160 auch verzichtet werden kann. In diesem Fall kann das Schüttgut kontinuierlich zu Asphalt weiter verarbeitet werden. Dies hat den Vorteil, dass die im frisch getrockneten Schüttgut 202 enthaltene Wärmeenergie für die Aspahltmischung verwendet werden kann.
Dem Fachmann ist ebenfalls klar, dass die Transportvorrichtungen, insbesondere die Förderbänder und der Schaufelförderer auch durch andere Transportvorrichtungen ersetzt oder je nach Anordnung der Teile, zum Beispiel wenn der Austrag des Trommeltrockners 220 direkt über dem Eintrag des Schaufelförderers 150 liegt, auf die Transportvorrichtung ganz verzichtet werden kann. Der Schaufelförderer kann zum Beispiel durch einen Schneckenförderer ersetzt werden.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform 300 einer Vorrichtung zur Herstellung von Asphalt 304 unter Verwendung von überhitztem Wasserdampf. Der wesentliche Unterschied zur Ausführungsform 200 gemäss Figur 2 liegt darin, dass der Trocknungsvorgang nicht in einem Trommeltrockner, sondern in einem Trocknungsraum 320 erfolgt. Zudem ist die Trocknungsvorrichtung nicht ebenerdig, sondern über dem Silo 160 zur Aufnahme des getrockneten Schüttguts 302 angeordnet. Der Trocknungsraum 320 ist vorliegend im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet und umfasst in einem Bodenbereich jeweils stirnseitig eine Eintragsöffnung 321 und eine gegenüberliegende Austragsöffnung 322, zwischen welchen innerhalb des Trocknungsraums ein Förderband 322 zum Befördern des feuchten Schüttguts 301 vorgesehen ist. Der Trocknungsraum kann auch anderweitig, insbesondere zylindrisch ausgebildet sein. Das feuchte Schüttgut 301 wird vorliegend kontinuierlich mittels eines Schaufelförderers 1 50 von unten durch den Eintrag 321 hindurch auf das Förderband 322 transportiert. Der Eintrag kann statt mit einem Schaufelförderer 150 auch mit einem Schneckenförderer, einem Förderband oder anderweitigen Fördermitteln erfolgen.
Der Trocknungsraum 320 ist an eine SHS-Erzeugungsvorrichtung 330, analog zur SHS- Erzeugungsvorrichtung 230, angeschlossen. Diese ist über eine Zuleitung 231 im Bereich des Austrags 323 im Bodenbereich mit der Trockenkammer 320 verbunden, so dass SHS in den Trocknungsraum 320 geführt werden kann. Ebenfalls im Bodenbereich, jedoch im Bereich des Eintrags 321 ist eine Ableitung 332 für den S HS-Strom vorgesehen, womit der abgekühlte SHS-Strom der SHS-Erzeugungsvorrichtung 330 zur Aufbereitung zurückgeführt werden kann. Die Aufbereitung kann analog zur Aufbereitung der Erzeugungsvorrichtung 230 vorgesehen sein.
Die Zu- 321 und Ableitung 322 sind vorzugsweise im Bodenbereich der Trockenkammer 320 angeordnet. Damit wird eine weitgehend inerte Atmosphäre aus SHS erreicht. SHS mit höherer Temperatur bleibt damit innerhalb des Trocknungsraums 320, während SHS mit tieferer Temperatur aufgrund der höheren Dichte im Bodenbereich über die Ableitung 332 der SHS-Erzeugungsvorrichtung rückgeführt wird.
Der Trocknungsraum 320 ist vorliegend derart angeordnet, dass der Austrag 323 vertikal über dem Silo 160 zu liegen kommt. Das getrocknete Schüttgut 302 respektive das Schüttgut 302 mit verminderter Restfeuchte gelangt damit vom Förderband 322 im Innern des Trocknungsraums durch den Austrag 323 hindurch, vorliegend direkt in das Silo 160. Dieses Verfahren ist von besonderem Vorteil beim Einsatz von bitumenhaltigem Schüttgut, wie zum Beispiel bei einer Beimischung von recycliertem Asphalt zum Schüttgut. Durch die Erhitzung des Bitumens im Schüttgut kann die Mischung eine klebrige, schlecht fliessende Konsistenz aufweisen. Dadurch, dass die Trocknungsvorrichtung nun über dem Silo angeordnet ist, kann das heisse bitumenhaltige Schüttgut direkt in das Silo fallen gelassen werden. Dadurch, dass zwischen der Trocknungsvorrichtung und dem Silo kein Fördermittel vorgesehen ist, kann die Temperatur des getrockneten Gutes einfacher gehalten werden, insbesondere ist kein aufwendig zu isolierender Schaufelförderer notwendig.
Es ist klar, dass statt dem Trocknungsraum mit dem Förderband auch ein Trockenraum, umfassend eine Trockentrommel mit einer SHS-Erzeugungsvorrichtung, über dem Silo angeordnet sein kann. Auch die nachfolgen erläuterten Trocknungseinrichtungen können entweder ebenerdig oder über dem Silo angeordnet sein. In Varianten kann zwischen dem Austrag 323 und dem Silo 160 auch ein Transportmittel vorgesehen sein, zum Beispiel ein Förderband.
Ein weiteres, peripher zum Silo 160 angeordnetes Silo 170 enthält Bitumen 303. Das Bitumen 303 wird in einer Mischvorrichtung 180 mit dem getrockneten Schüttgut 302 zu Asphalt 304 vermengt, welcher zur weiteren Verwendung mit einem Transporter 190 an seinen Bestimmungsort transportiert werden kann.
Die Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung von Asphalt unter Verwendung von überhitztem Wasserdampf in einem Trocknungsraum 320 mit einem Förderband 301 und einem Trommelmischer 340.
Der Trocknungsraum 320 entspricht demjenigen aus der zuvor beschriebenen Figur 3, das heisst dem Trocknungsraum 320 der zweiten Ausführungsform. Im Unterschied zur zweiten Ausführungsform wird vorliegend das zu trocknende Schüttgut 301 über einen Schneckenförderer 310 über den Eintrag 321 in den Trocknungsraum 320 eingetragen. Im Bereich des Austrags 323 ragt der Trocknungsraum 320 derart in einen Eintrag 341 eines Trommelmischers 340 hinein, so dass das getrocknete Schüttgut vom Förderband 322 direkt in den Trommelmischer 340 eingetragen werden kann. Zusätzlich zum Trocknungsraum 320 ragt auch noch eine Lanze des Bitumensilos 170 im Bereich des Eintrags 341 in den Trommelmischer 340 hinein. Dazu weist zumindest der letzte Abschnitt des Trockenraums 320 kleinere Aussenabmessungen auf, als der Trommelmischer 340 beim Eintrag 341 Innenabmessungen aufweist. Vorliegend ragt die Lanze des Bitumensilos 170 nur geringfügig in den Trommelmischer 340 hinein, um bessere Mischverhältnisse zu schaffen kann die Lanze aber das Bitumen auch über weitere Strecken innerhalb des Trommelmischers 340 verteilen.
Der Trommelmischer 340 selbst ist vorliegend im Wesentlichen gleich aufgebaut wie der Trommeltrockner 120, wobei aber vorliegend kein Brenner vorgesehen ist. Der Trommelmischer 340 ist aussen wärmeisoliert. Prinzipiell kann der Trommelmischer aber auch beheizt sein, zum Beispiel indirekt über die Aussenhülle oder aber auch über einen Brenner analog zum Trommeltrockner 120. Damit besteht die Möglichkeit, dass im Trockenraum 320 ausschliesslich die Trocknung des Schüttguts erfolgt, während die Temperierung des Schüttguts zusammen mit dem Bitumen im Trommeltrockner erfolgen kann. Dazu kann die Lanze auch derart ausgebildet sein, dass das Bitumen erst tiefer im Trommelmischer 340 zugegeben wird, wo das getrocknete Schüttgut 301 die gewünschte Temperatur hat. Durch die Neigung des Trommeltrockners 340 wird der Asphalt 304 in Richtung Austrag 342 gefördert und kann im Anschluss zum Beispiel durch einen Transporter 1 90, eine andere Transporteinrichtung oder auch durch einen Behälter oder ein Silo aufgefangen werden.
Die Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines Teils 400 der Vorrichtung zur Herstellung von Asphalt unter Verwendung von überhitztem Wasserdampf, welcher innerhalt eines Trocknungsraums 410 erzeugt wird;
Der Trocknungsraum 410 umfasst ähnlich wie bei der Ausführungsform der Figur 3 einen Eintrag 412 im Bodenbereich einer ersten Stirnseite und einen Austrag 414 im Bodenbereich einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Stirnseite. Der Eintrag des feuchten Schüttguts 401 erfolgt mittels eines Schaufelförderers 41 1 durch den Eintrag 412 hindurch auf ein Förderband 413 im Innern des Trocknungsraums 410. Das Förderband 413 transportiert das Schüttgut 401 während des Trocknungsprozesses durch die Trockenkammer hindurch zum Austrag 414, wo das getrocknete Schüttgut 402 auf einem weiteren, ausserhalb des Trocknungsraums 410 liegenden Förderbands 430 zur Weiterverarbeitung zu Asphalt befördert wird.
Die Trocknungsvorrichtung umfasst vorliegend eine Heizschlange 422 innerhalb des Trocknungsraums 410, mittels welcher der Trocknungsraums 410 erhitzt wird. Die Heizschlange wird vorliegend mittels eines Brenners 42 1 , welcher ausserhalb des Trocknungsraums 410 liegt, beheizt. Die heissen Abgase des Brenners 421 werden nach dem Durchlaufen der Heizschlange 422 gereinigt und, zuvor oder danach, durch einen Wärmetauscher 423 geführt, um zumindest einen Teil der Wärme zurück zu gewinnen.
Innerhalb des Trocknungsraums 410 befindet sich vorliegend weiter ein Umwälzgebläse 415, um den SHS umwälzen zu können (bei der Ausführungsform gemäss Figur 2 oder 3 erfolgt die Umwälzung vorzugsweise direkt durch die SHS-Zuleitungen, wobei aber zur Unterstützung der Umwälzung auch weitere Gebläse vorgesehen sein können).
Im Bereich des Eintrags ist ein Kondensator 440 derart verbunden, dass abgekühltes SHS (nach wie vor über dem Kondensatpunkt) abgeführt kondensiert und allenfalls gereinigt werden kann. Im Betrieb der vorliegenden Ausführungsform wird zum Initiieren des Verfahrens solange aufgeheizt, bis sich eine SHS-Atmosphäre im Trocknungsraum 410 bildet. Das bis zur Einstellung eines Gleichgewichts umgesetzte Schüttgut kann eine zu hohe Feuchtigkeit aufweisen. In diesem Fall kann das bereits umgesetzte Schüttgut nach Einstellung des Gleichgewichts erneut dem Trocknungsprozess zugeführt werden.
Nachdem sich das Gleichgewicht eingestellt hat, wird das ausgetragene, getrocknete Schüttgut 402 unter Beimengung von Bitumen und gegebenenfalls anderen Zusatzstoffen zu Asphalt verarbeitet.
Die Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform eines Teils 500 der Vorrichtung zur Herstellung von Asphalt unter Verwendung von überhitztem Wasserdampf, welcher in einen Trocknungsbehälter 510 respektive einen Rührkessel eingeleitet wird. Im Unterschied zu den obigen Ausführungsformen handelt es sich vorliegend um einen diskontinuierlichen Trocknungsprozess, bei welchem einzelne Batches nacheinander getrocknet werden. Die Vorrichtung umfasst einen Trocknungsbehälter 510 mit einem Rührer 512, welcher durch einen Antriebsmotor 51 1 angetrieben ist. Weiter umfasst die Vorrichtung 500 eine SHS-Erzeugungsvorrichtung 520 analog zu derjenigen der Ausführungsform 200 der Figur 2 respektive 300 der Figur 3. Der Trocknungsbehälter 510 ist in einem oberen Bereich über eine Zuleitung 52 1 und einer Ableitung 522 mit der SHS- Erzeugungsvorrichtung 520 derart verbunden, dass der SHS im Kreislauf geführt und nach dem Austritt aus dem Trocknungsbehälter 510 aufbereitet werden kann. Das feuchte Schüttgut 501 wird solange im Trocknungsbehälter 510 umgewälzt und mit SHS beaufschlagt, bis die geforderte Restfeuchte erreicht ist. Anschliessend wird das Schüttgut zusammen mit Bitumen und gegebenenfalls anderen Zusatzstoffen zu Asphalt verarbeitet. Zusammenfassend ist festzustellen, dass erfindungsgemäss ein Herstellungsverfahren zur Herstellung von Asphalt geschaffen wird, welches besonders einfach aufbaubar und kostengünstig betreibbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Asphalt (304) aus einem eine Restfeuchte aufweisenden Schüttgut (301 ) und Bitumen (302), gekennzeichnet durch die folgenden Schritten: a. Beaufschlagen des Schüttguts (301 ) mit überhitztem Wasserdampf, um die
Restfeuchte im Schüttgut (301 ) zu reduzieren; b. Vermengen des Schüttguts (302) reduzierter Restfeuchte mit Bitumen (303), zum Erhalt von Asphalt (304).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut (301 ) ein mineralisches Schüttgut (301 ) ist, dessen Restfeuchte reduziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu reduzierende Restfeuchte kleiner als 10 %, vorzugsweise kleiner als 7 %, besonders bevorzugt kleiner als 5 % ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine reduzierte Restfeuchte kleiner als 2 %, vorzugsweise kleiner als 1 %, besonders bevorzugt kleiner als 0.5 % ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem Druck von 900 bis 1 100 mbar erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der überhitzte Wasserdampf in einen Trocknungsraum (320) eingetragen wird, durch welchen das Schüttgut (301 ) kontinuierlich in eine Transportrichtung transportiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der überhitzte Wasserdampf im Gegenstrom, entgegen der Transportrichtung in den Trocknungsraum (320) eingetragen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut (301 ) über ein Förderband (322) durch den Trocknungsraum (320) hindurch gefördert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass überhitzter Wasserdampf bei einer Temperatur zwischen 100°C und 350°C, vorzugsweise zwischen 170°C und 270°C, besonders bevorzugt zwischen 200°C und
240°C in den Trocknungsraum (320) eingetragen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der überhitzte Wasserdampf durch eine Aufnahme von Restfeuchte des Schüttgutes (301 ) abgekühlt wird und bei einer Temperatur von mindestens 100°C, vorzugsweise mindestens 105°C aus dem Trocknungsraum ausgetragen wird.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut mit dem überhitzten Wasserdampf auf eine Temperatur von vorzugsweise über 140 °C, besonders bevorzugt auf 1 50 °C bis 170 °C, insbesondere auf 155 °C bis 165 °C aufgeheizt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut reduzierter Restfechte insbesondere durch Rütteln oder Absaugen entstaubt wird.
13. Verwendung von überhitztem Wasserdampf in der Herstellung von Asphalt (304) zur Reduktion von Restfeuchte in einem Schüttgut.
14. Vorrichtung zur Reduktion einer Restfeuchte eines Schüttguts (301 ), umfassend einen Trocknungsraum (320) zum Reduzieren der Restfeuchte des Schüttgutes (301 ), wobei dem Trocknungsraum ein ischwerk (180) zum Vermengen des Schüttgutes (302) mit Bitumen (303) und damit zur Herstellung von Asphalt (304) nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Erzeugungsvorrichtung (330) zum Erzeugen von überhitztem Wasserdampf umfasst, womit überhitzter Wasserdampf in den
Trocknungsraum (320) eintragbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Fördervorrichtung (322) umfasst, womit das Schüttgut (301 ) durch den Trocknungsraum (320) hindurch in das Mischwerk (304) förderbar ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Trocknungsraum (320) ein geschlossenes System bildet.
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