Prozessoptimierung der Asphaltextraktion mit Oktansäuremethylester (OME)

S 154: Stephan Büchler, Michael P. Wistuba
Prozessoptimierung der Asphaltextraktion mit Oktansäuremethylester (OME)
96 S., 62 Abb., 52 Tab., ISBN 978-3-95606-600-9, 2021

Das in Deutschland übliche Standardlösemittel Trichlorethylen (Tri) für die Bindemittelextraktion aus Asphaltmischgut darf aufgrund seiner krebserregenden Wirkung nur noch bis 2023 verwendet werden. Als alternatives Lösemittel wird das Pflanzenölester Octansäuremethylester (OME) als potentiell geeignet angesehen. In dem vorliegenden Forschungsprojekt wird das Vorgehen der automatischen Bindemittelextraktion soweit verbessert, dass OME mit vertretbarem Aufwand und ohne Gefährdung der Anwender angewandt werden kann. Dazu wird zunächst die Destillationsprozedur soweit optimiert, dass bei Überprüfung mittels Gaschromatografie mit Massenspektrometrie-Kopplung (GCMS) kein nachweisbarer Anteil OME im Bitumen verbleibt. Als Resultat ergeben sich zwei Destillationsphasen, ähnlich dem Vorgehen mit Tri, jedoch bei deutlich höheren Temperaturen (110 und 190 °C) und reduzierten Drücken (20 und 5 hPa). Polymermodifizierte Bitumen weisen gegenüber den mit Tri destillierten Bitumen nachweisbare Abweichungen der Ergebnisse im höheren Temperaturbereich auf. Mit einfachen Methoden kann nachgewiesen werden, dass OME einige Polymere stärker als Tri verändert und damit deren rheologischen Eigenschaften beeinflusst. In einem weiteren Schritt wird über Modifikationen im Programmablauf einer automatischen Extraktionsanlage eine minimale Extraktionsdauer angestrebt. Die jeweiligen Modifikationen werden bzgl. Korngrößenverteilung und Bindemittelgehalt überprüft. Mit einer erhöhten Waschtemperatur (100 °C) und verkürzten Waschgängen kann eine Reduzierung der Extraktionsdauer erreicht werden. Diese kann mit dem untersuchten Asphaltmischgut der Sorte AC 11 D S von ca. 150 auf ca. 115 Minuten reduziert werden. Die Untersuchung weiterer Asphaltsorten ergibt eine Abhängigkeit von der Probenmenge, so dass die Dauer von 120 Minuten (AC 32 T S) bis 60 Minuten (SMA 8 S) variiert. Zur Beschleunigung wird außerdem empfohlen, vor Arbeitsbeginn einen automatisch startenden Nulldurchlauf durchzuführen. Weiterhin werden konstruktive Veränderungen empfohlen, um z. B. Fülleranteile besser auszuspülen. Zeitgleich mit der Optimierung der Extraktionsdauer wird die chemische Stabilität des OME überprüft. Auch nach 130 Extraktionsvorgängen kann mittels GCMS keine wesentlichen Änderungen in der Zusammensetzung festgestellt werden. Bezüglich der Arbeitssicherheit wird eine einfache Gefährdungsanalyse durchgeführt, welche ergibt, dass ähnliche Schutzmaßnahmen, wie auch beim Umgang mit Tri, eingehalten werden müssen. In den Regelwerken wäre im Wesentlichen die Rückgewinnung des Bindemittels mittels Rotationsverdampfer zu ergänzen. Es ist festzuhalten, dass mit OME als Lösemittel Asphaltmischgut schneller als bisher analysiert und OME rückstandsfrei aus dem Bitumen destilliert werden kann. Die Extraktionsdauern reichen allerdings nicht an die Zeiten einer Extraktion mit Tri heran, so dass in der Praxis mit unpraktikabel langen Extraktionszeiten zu rechnen ist. Eine Gefährdung der Anwender kann unter Beachtung der Arbeitssicherheit nach bisherigem Stand des Wissens ausgeschlossen werden.