DE102009052664A1

DE102009052664A1 - Verfahren zur Rückgewinnung von Bitumen aus bituminösem Material

Info

Publication number: DE102009052664A1
Application number: DE102009052664A
Authority: DE
Inventors: Jens-Peter Nissen
Original assignee: Kemna Bau Andreae & Co KG GmbH
Current assignee: Kemna Bau Andreae & Co KG GmbH
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2011-05-19

Abstract

Verfahren zur Rückgewinnung von Bitumen aus bituminösem Material, bei dem die bituminösen Materialien in einem ersten Schritt auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der das Bitumen schmilzt, wobei während des ersten Schritts gebildetes verflüssigtes Bitumen vor der Zerkleinerung aus dem Materialstrom abgezogen wird, anschließend in einem zweiten Schritt eine Zerkleinerung der Materialien vorgenomm zerkleinerten Material noch darin enthaltenes Bitumen abgepresst wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei gattungsgemäßen Verfahren handelt es sich um Recyclingverfahren, mit denen aus als Abfall anfallenden bituminösen Materialen wiederverwendbare Bitumenfraktionen zurückgewonnen werden.
Grundsätzlich richten sich gattungsgemäße Verfahren insbesondere auf die Verarbeitung von Materialen, die Bitumen als Bindemittel im Verbund mit z. B. Trägergewebe, gegebenenfalls Mineralien und weiteren Komponenten enthalten. Typische Trägergewebe sind z. B. Glasgewebe, Glasvlies, Kunststoffgewebe aber auch Papier oder Pappe. Gängige in bituminösen Abfallstoffen anzutreffende Mineralien sind z. B. feine Schiefergesteine oder Steinmehl, bzw. Sand als Bestreuung. Weitere Komponenten sind insbesondere Folien, z. B. Metallfolien, die z. B. als Dampfsperre dienen.
Typische bituminöse Abfallmaterialen sind z. B. Dach- und Dichtungsbahnen. Diese enthalten circa 10% Trägereinlage, 60–80% Bitumen, circa 10–20% Mineralien und gegebenenfalls Folien etc.
Weitere Beispiele für geeignete Materialien sind z. B. Dämpfungsmatten für Kraftfahrzeuge, beim Rückbau anfallender Fugenerguss, Bodenbeläge aus Faserstoffen mit bituminösem Untergrund, um nur einige Beispiele zu nennen. Die Erfindung ist natürlich nicht auf die Verarbeitung der erwähnten Produkte beschränkt, sondern richtet sich an alle Abfallmaterialien, die Bitumen enthalten.
Insbesondere Dachbahnen fallen in großem Umfang unter Anderem als Ausschußware aus der Dachbahnenproduktion oder Zuschnittabfälle oder als Abfall beim z. B. Abriss oder Rückbau von Häusern an und es besteht großes Interesse, dass z. B. in diesen Produkten in hohem Anteil enthaltene Bitumen zurückzugewinnen und in den Produktionsprozess zurückzuführen.
Damit dies ohne Probleme möglich ist, muss das Bitumen in möglichst reiner Form von den übrigen Komponenten der bituminösen Abfallmaterialen abgetrennt werden.
Aus der niederländischen Patentanmeldung NL 1029511 ist z. B. ein Verfahren bekannt, bei dem granuliertes Abfallmaterial durch eine beheizte Schneckenpresse geführt wird. Während des Prozesses schmilzt das in den granulierten Ausgangsmaterialien enthaltene Bitumen zumindest teilweise und wird aus dem System entfernt. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass die Granulierung von bitumenhaltigem Material nicht unproblematisch ist.
Wie in der ebenfalls auf ein Recyclingverfahren gerichteten DE 43 18 447 erwähnt, ist die Zerkleinerung von bituminösen Abfallmaterialen bei Umgebungstemperatur technisch und auch energetisch sehr aufwendig. In dieser Schrift wird daher vorgeschlagen, die bituminösen Materialen zunächst auf eine Temperatur zu bringen, bei der das Bitumen schmilzt, anschließend die Zerkleinerung in einer mit Flüssigbitumen gefluteten Einrichtung vorzunehmen und das zerkleinerte Material dann in einem Heißmahlschritt auf die gewünschte Korngröße zu mahlen. Eine Abtrennung der Trägermaterialien etc. von dem Bitumen erfolgt bei diesem Verfahren nicht.
Aufgabe der Erfindung ist, ausgehend von dem Stand der Technik, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich aus bituminösem Material ein möglichst hoher Anteil von Bitumen in möglichst reiner Qualität zurückgewinnen läßt.
Gelöst wird die Aufgabe mit einem Verfahren, das die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 aufweist.
Wie bei dem aus der DE 43 18 447 bekannten Verfahren, wird das bituminöse Material zunächst unzerkleinert oder allenfalls grob vorzerkleinert in einer Aufschmelzanlage auf eine Temperatur gebracht, bei der das enthaltene Bitumen schmilzt. Ein geeigneter Temperaturbereich liegt etwa zwischen 160–220°C. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird dann allerdings das geschmolzene Bitumen soweit wie möglich abgetrennt und z. B. über eine separate vorzugsweise beheizte Leitung, der ein Sieb vorgeschaltet sein kann, aus der Aufschmelzanlage einem vorzugsweise beheizten Bitumenreservoir zugeführt.
Die verbleibenden, nicht geschmolzenen Komponenten, z. B. die oben erwähnten Trägereinlagen, Mineralstoffe, Folien etc., werden dann in einer geeigneten, vorzugsweise ebenfalls beheizten Einrichtung, z. B. einem beheizten Schredder, einer Rotorschere bzw. einer Schneidmühle auf eine Teilchengröße zwischen z. B. 10 und 100 mm zerkleinert.
Der Schredder ist vorzugsweise ebenfalls auf eine Temperatur erwärmt, bei der das Bitumen schmilzt. Die zu zerkleinernden Komponenten enthalten nach wie vor einen nicht unerheblichen Bitumenanteil und sind daher bei höheren Temperaturen insgesamt flexibler, was die Zerkleinerung erleichtert. Außerdem verklebt das auf Schmelztemperatur erwärmte Bitumen die Schneidwerkzeuge deutlich weniger, als dies bei z. B. Raumtemperatur der Fall wäre.
Aus dem zerkleinerten Material wird dann in einer weiteren Einrichtung, die ebenfalls beheizt ist, das noch enthaltene Bitumen, gegebenenfalls unter weiterer Zerkleinerung des Materials, abgepresst.
Dieser letzte Schritt kann z. B. in einer beheizten Presse erfolgen. Das austretende Bitumen wird nach optionaler Filterung durch ein Sieb, z. B. dem bereits erwähnten Bitumenreservoir, zugeführt.
Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren bei relativ geringem Aufwand die Rückgewinnung eines hohen Anteiles Bitumen in hoher Reinheit aus bituminösen Ausgangsmaterialen erlaubt.
Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
So wird die primäre Aufheizung des bituminösen Materials vorzugsweise in einer kombinierten Aufschmelz-Mischanlage vorgenommen. Eine solche Anlage weist z. B. einen Mischbehälter auf, der mit einer Thermalöl-Boden/Wandheizung ausgestattet sein kann. Im Hinblick auf die Abmessungen des zu verarbeitenden Materials, es kann sich dabei z. B. um Dachbahnenrollen oder ähnlich voluminöse andere Produkte handeln, sollte das Volumen des Behälters vorzugsweise mindestens 3 m³ betragen.
In dem Bodenbereich des Behälters der Aufschmelz- und Mischanlage kann ein Sieb angeordnet sein, durch dass das verflüssigte Bitumen ablaufen kann. Neben dem Sieb kann eine größere Öffnung vorgesehen sein, durch die die nicht geschmolzenen, festen Komponenten aus dem Behälter heraus und der Zerkleinerung zugeführt werden können.
Optimiert werden kann die Ausbeute an geschmolzenem Bitumen durch das Vorsehen eines Rührwerkes in dem Behälter. Besonders geeignet wäre z. B. ein Paddelmischwerk, das ein oder mehrere, senkrecht nach unten weisende, an einem Balken im oberen Bereich des Behälters befestigte Paddel aufweist.
Es sind aber auch andere Aufschmelzverfahren denkbar, z. B. eine liegende, rotierende Siebtrommel mit Beheizung. Hierdurch kann ein kontinuierlicher Materialfluss erreicht werden.
Sinnvollerweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst das bituminöse Material in der Aufschmelzanlage erwärmt, bevor mit dem Mischen begonnen wird. Nach Erwärmung ist das Material wesentlich flexibler und läßt sich einfacher bewegen. Geeignete Rührgeschwindigkeiten liegen z. B. im Bereich von 2 bis 10 Umdrehungen pro Minute.
Um den Mischvorgang zu optimieren, kann in einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Mischvorrichtung sich nach oben verfahren läßt. Auf diese Weise kann z. B. an den Mischpaddeln hängendes Material abgestreift werden, beziehungsweise für den Fall, dass Material verkantet, dieses wieder in Bewegung gebracht werden. An den Rührpaddeln können weiterhin Abstreifer zum Entfernen anhaftenden Materials vorgesehen sein.
Wie oben bereits erwähnt, fließt das geschmolzene Bitumen über eine Leitung aus Aufschmelzanlage ab. In der Leitung kann z. B. ein Filter vorgesehen sein, das weitere, noch verbliebene Feststoffpartikel aus dem geschmolzenen Bitumen entfernt. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass der Abfluss des Bitumens aus der Aufschmelzanlage, beziehungsweise durch die abführende Leitung, durch Anlegen von Über- oder Unterdruck befördert wird.
Ein wesentlicher Unterschied zu dem Stand der Technik liegt darin, dass bei der dem Aufschmelzschritt nachgeschalteten Zerkleinerung Feststoffkomponenten zerkleinert werden, die bereits deutlich bitumenabgereichert sind. Im Gegensatz zu einer Zerkleinerung vor Beginn des Recyclingverfahrens bei Umgebungstemperaturen, muss also absolut wesentlich weniger Material zerkleinert werden. Dadurch dass das zu zerkleinernde Material auch relativ weniger Bitumen als das Ausgangsmaterial enthält, verringert sich das Risiko, dass sich die Schneidwerkzeuge eines zur Zerkleinerung eingesetzten Schredders zusetzen, noch weiter. Wird die Zerkleinerung, wie bevorzugt vorgesehen, dann auch noch in einem ähnlichen Temperaturbereich durchgeführt, wie die vorherige Aufschmelzung des bituminösen Materials, so wird der Zerkleinerungsprozess aufgrund der bei erhöhter Temperatur zunehmenden Flexibilität des Materials sowie der abnehmenden Neigung des Bitumens, sich an den Schneidwerkzeugen festzusetzen, noch einmal erleichtert.
Vorzugsweise erfolgt eine Zerkleinerung auf eine Stückgröße zwischen 10 bis 100 mm. Es hat sich herausgestellt, dass dies eine optimale Größe ist, für den sich an die Zerkleinerung anschließenden Abpressschritt, in dem aus dem zerkleinerten Material das verbliebene Bitumen ganz oder teilweise abgepresst wird.
Der Abpressschritt, in dem das Bitumen aus dem zerkleinerten Material abgepresst wird, erfolgt in einer beheizbaren Presse, deren Temperatur bevorzugt wiederum auf einen Wert zwischen 160 und 220°C eingestellt ist.
Denkbar ist z. B., dass der Abpressschritt in einer beheizbaren Zylinderpresse vorgenommen wird, in der das Material gegen einen siebförmigen Auslass gedrückt wird.
Optimiert werden kann dieser Schritt in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, durch Einsatz einer beheizbaren Schneckenpresse. In einer solchen Schneckenpresse wird unter Zerreibung, d. h. weiterer Zerkleinerung des Materials, kontinuierlich ein zunehmender Druck aufgebaut, der eine fast vollständige Abtrennung des verbliebenen Bitumens ermöglicht. Das austretende Bitumen wird aufgefangen und aber eine gegebenenfalls ebenfalls beheizte Leitung, in der zusätzlich noch Filtereinrichtungen vorgesehen sein können, einem Bitumenaufnahmevorrichtung zugeführt. Auch diese Vorrichtung ist bevorzugt beheizt.
Schneckenpressen sind dem Fachmann bekannte Einrichtungen, die im Stand der Technik zu den unterschiedlichsten Zwecken eingesetzt werden, z. B. für die Speiseölgewinnung, Schlammentwässerung, Aufbereitung von tierischen Fetten usw. In der Regel werden die Pressen von dem Hersteller individuell an den Einsatzzweck angepasst. Dies erfolgt u. A. über die Formgebung der Werkzeug- und Gehäusegeometrie. Hierdurch werden Pressdrücke bis zu mehreren 100 bar ermöglicht. Eine weitere Möglichkeit der Anpassung besteht in der Auslegung des Seiherkorbes und den Abstanden der Seiherstäbe.
Schneckenpressen werden in verschiedensten Größen gebaut. Die Antriebsleistungen variieren von wenigen KW bis zu 100-ten von KW, entsprechend auch die Aufbereitungskapazitäten.
Das so rückgewonnene Bitumen kann nach Untersuchung und eventueller Optimierung seiner insbesondere mechanische und elastische Eigenschaften wieder in den Produktionsprozess zurückgeführt werden. Denkbar ist z. B. sein Einsatz bei der Herstellung von bituminösen Neuprodukten, wie Dachbahnen, Dichtungsbahnen, Asphalten etc.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand zweier Abbildungen näher erläutert werden.
Dabei zeigt:
1 den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform in einem Ablaufdiagramm und
2 eine schematische Querschnittansicht einer bevorzugt eingesetzten Aufschmelzanlage.
In 1 ist mit 10 eine Aufschmelzanlage bezeichnet, der mit nicht gezeigten Fördervorrichtungen bituminöses Ausgangsmaterial zugeführt wird. In der Aufschmelzanlage 10 findet bevorzugt zunächst die Erwärmung des bituminösen Ausgangsmaterials auf den erwähnten Temperaturbereich zwischen 160 und 220°C statt. Dann kann sich eine Zeitphase anschließen, in der das erwärmte Material mit einer nicht gezeigten Rühreinrichtung in der Anlage 10 bewegt wird. Dies bewirkt eine bessere Abtrennung des geschmolzenen Bitumens von den Feststoffanteilen. Das flüssige Bitumen fließt dann aus der Anlage 10 über eine Leitung 11, in der Filtereinrichtungen 12 angeordnet sind, in einen Bitumenauffangbehälter 13. Bevorzugt sind sämtliche bis jetzt angesprochenen Komponenten sowie die auch noch nicht besprochenen Komponenten der 1 beheizt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass es zwischen Aufschmelzanlage 10 und Bitumenauffangbehälter 13 zu keinem Zeitpunkt dazu kommt, dass das flüssige Bitumen erstarren könnte und eventuell Leitungen oder Einrichtungen zusetzt. Die nach dem Aufschmelzen verbliebenen Feststoffkomponenten werden durch einen Auslass 14 aus der Aufschmelzanlage 10 in eine Zerkleinerungseinrichtung 15 überführt. Nach Zerkleinerung der Feststoffkomponenten auf eine Größe zwischen 10 bis 100 mm werden diese zerkleinerten Partikel über eine Förderschnecke 16 einer Schneckenpresse 17 zugeführt, in der unter Druck und Erwärmung das verbliebene, heiße Bitumen aus den zerkleinerten Feststoffkomponenten abgepresst wird. Das abgetrennte Bitumen wird über eine Leitung 18 in den Bitumenauffangbehälter 13 geführt, während die nach der Abpressung verbleibenden Feststoffe in einen Abfallbehälter 19 entsorgt werden.
Ein wesentlicher Vorteil des anhand des Schaubildes gemäß 1 beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Abpressung des Bitumens aus dem zerkleinerten Material mittels einer Schneckenpresse erfolgen kann. Schneckenpressen erlauben eine äußerst effektive Auspressung von in Feststoffen enthaltenen Flüssigkeitsanteilen. Allerdings funktionieren Schneckenpressen nur dann effektiv, wenn die zugeführten Feststoffe nicht zu feucht sind, d. h. der begleitende Flüssigkeitsanteil darf nicht zu hoch sein. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in besonders eleganter Weise dadurch erreicht, dass im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren bereits zu Beginn des Verfahrens ein relativ hoher Bitumenanteil entfernt wird.
In 2 ist schematisch im Schnitt eine bevorzugt eingesetzte Aufschmelzeinrichtung 30 dargestellt. Die Einrichtung weist einen Behälter 31 auf, in dem ein Rührwerk 32 vorgesehen ist. Das Rührwerk 32 weist eine Welle 33 auf, an dem ein Balken 34 vorgesehen ist, an dem mehrere nach unten weisende Rührpaddel 35, 36 und 37 angeordnet sind. Wie oben bereits erwähnt, ist das Rührwerk 32, wie durch den Pfeil 38 symbolisiert, höhenverstellbar ausgebildet. Auf diese Weise lassen sich die Rührpaddel aus dem Rührgut entfernen, was z. B. bei Verkantungen des Rührgutes, beziehungsweise beim Entfernen von anhaftendem Rührgut, hilfreich sein kann. Der Behälter 31 ist (nicht dargestellt) beheizbar ausgebildet. Eine bevorzugte Heizmöglichkeit ist z. B. eine Thermalölwand/Bodenheizung. Im Bodenbereich des Behälters 31 ist ein Sieb 39 vorgesehen, durch dass das geschmolzene Bitumen aus dem Behälter 31 in eine Bitumenleitung 40 abfließen kann. Dem Sieb 39, das z. B. einen Durchmesser von 1 m aufweisen kann, ist ein Paddel 36 zugeordnet, das verhindern soll, dass sich das Sieb zusetzt. Weiterhin ist im Bodenbereich des Behälters 31 ein Auslass 42 vorgesehen, durch den die nach Aufschmelzung verbliebenen Feststoffanteile der nachfolgenden Zerkleinerung zugeführt werden können. Der Auslass kann einen Durchmesser von ca. 0,6–0,8 m aufweisen.
Alle in dieser Anmeldung konkret angegebenen Abmessungen (z. B. des Siebes oder Auslasses etc.) und sonstigen Angaben (z. B. Teilchengröße nach Zerkleinerung, oder Rührgeschwindigkeit) sind nur Beispielswerte und das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf diese Werte eingeschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

NL 1029511 [0008]
DE 4318447 [0009, 0012]

Claims

Verfahren zur Rückgewinnung von Bitumen aus bituminösem Material, bei dem die bituminösem Material in einem ersten Schritt auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der das Bitumen schmilzt, anschließend in einem zweiten Schritt eine Zerkleinerung der Materialien vorgenommen wird, und das zerkleinerte Material dann in einem dritten und eventuellen weiteren Schritten weiter aufgearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des ersten Schritt gebildetes verflüssigtes Bitumen vor der Zerkleinerung aus dem Materialstrom abgezogen wird und bei der weiteren Aufarbeitung im dritten Schritt aus dem zerkleinerten Material noch darin enthaltenes Bitumen abgepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schritte des Verfahrens bei einer Temperatur vorgenommen werden, bei der das Bitumen schmilzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur auf einen Wert zwischen 160C° und 220C° eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material während des ersten Schritts zusätzlich bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten Schritt eine grobe Vorzerkleinerung des Materials erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abpressung des Bitumens aus dem zerkleinerten Material in einer Schneckenpresse erfolgt.