Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abscheiden von flüssigen Erdölprodukten aus einem Gemisch von flüssigen Erdölprodukten und Wasser, mit mindestens zwei nacheinander vom Flüssigkeitsgemisch zu durchlaufenden Abscheidestufen, die je ein Koaleszenzfilter aus einem Stoff mit einem für die flüssigen Erdölprodukte höheren Benetzungsvermögen als für Wasser, eine über dem Filter angeordnete Fangvorrichtung zum Sammeln der am Koaleszenzfilter koalisierten und infolge des hydrostatischen Auftrieb es aus dem Filter aufsteigenden Erdölprodukte sowie einen Auslass für die gesammelten Erdölprodukte enthält.
Das Koaleszenzfilter jeder Abscheidestufe bewirkt, dass die mit dem Filterstoff in Berührung gelangenden Tröpfchen aus flüssigen Erdölprodukten sich an der Oberfläche des Filterstoffes anlagern und mit der Zeit zu grösseren Tropfen vereinigen, wogegen das Wasser den Filterstoff im wesentlichen nicht zu benetzen vermag. Sobald die koalisierten Tropfen aus Erdölprodukten eine genügende Grösse erreicht haben, beginnen sie infolge ihres gegenüber Wasser geringeren Gewichtes entlang der Oberfläche des Filterstoffes nach oben zu steigen, um sich schliesslich vom Koaleszenzfilter abzulösen und durch hydrostatischen Auftrieb im Wasser aufzusteigen. Als Stoff für das Koaleszenzfilter ist beispielsweise Polytetrafluoräthylen in Form von Spänen oder Drähten geeignet.
Bei bekannten Einrichtungen der eingangs genannten Art sind die Abscheidestufen derart angeordnet, dass eine einzige Druckquelle das Flüssigkeitsgemisch durch die hintereinander liegenden Koaleszenzfilter treibt. Die Koaleszenzfilter sind z. B. übereinander in einem gemeinsamen Behälter angeordnet, durch den das Flüssigkeitsgemisch von unten nach oben strömt. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass bei steigendem Durchflusswiderstand nicht erkennbar ist, welches der Koaleszenzfilter den erhöhten Durchflusswiderstand als Folge von Verschmutzung hauptsächlich hervorruft. Ein weiterer Nachteil ist, dass man die Koaleszenzfilter und die Fangvorrichtungen für die abgeschiedenen Erdölprodukte zur Kontrolle ihres Verschmutzungsgrades und zur Reinigung nicht einzeln ausbauen kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass man im Betrieb der Einrichtung den Durchflusswiderstand und damit den Verschmutzungsgrad jedes einzelnen Koaleszenzfilters mühelos überwachen und im Bedarfsfall jedes Koaleszenzfilter und jede Fangvorrichtung für abgeschiedene Erdölprodukte zu Reinigungszwecken bei starker Verschmutzung einzeln aus- und wieder einbauen kann.
Diese Aufgabe ist bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäss zur Hauptsache dadurch gelöst, dass die Abscheidestufen je einen eigenen, durch das Koaleszenzfilter in einen Einlassraum und einen Auslassraum unterteilten Behälter aufweisen und dass der Einlassraum jeder Abscheidestufe mit einem nur dieser Abscheidestufe zugeordneten Gefäss zur Aufnahme einer Flüssigkeitssäule kommuniziert, durch deren hydrostatischen Druck das Flüssigkeitsgemisch durch diese Abscheidestufe hindurchtreibbar ist.
Bei dieser Ausbildung kann man am Pegelstand in jedem der Gefässe zur Aufnahme einer Flüssigkeitssäule leicht erkennen, wie der Durchflusswiderstand der mittels dieser Flüssigkeitssäule gespeisten Abscheidestufe und folglich wie der Verschmutzungsgrad des betreffenden Koaleszenzfilters ist. Auch kann jedes einzelne Koaleszenzfilter und die ihm zugeordnete Fangvorrichtung für abgeschiedene Erdölprodukte im Bedarfsfall aus dem Behälter der betreffenden Abscheidestufe ausgebaut und nach dem Reinigen wieder eingebaut werden, unabhängig von den übrigen Abscheidestufen.
Mit Vorteil ist die Einrichtung weiter derart ausgestaltet, dass jedes der Gefässe zur Aufnahme einer Flüssigkeitssäule durch eine Überlaulvorrichtung mit dem Flüssigkeitsgemisch speisbar ist, wobei zweckmässig das der zweiten bzw. folgenden Abscheidestufe zugeordnete Gefäss zur Aufnahme einer Flüssigkeitssäule durch die Überlaufvorrichtung unmittelbar mit Flüssigkeitsgemisch aus dem Auslassraum der vorhergehenden Abscheidestufe gespeist wird.
Bei einer besonders zweckmässigen Ausführungsform der Einrichtung weist das der zweiten bzw. folgenden Abscheidestufe zugeordnete Gefäss zur Aufnahme einer Flüssigkeitssäule einen im wesentlichen zylindrischen Teil auf, der den Behälter der vorhergehenden Abscheidestufe wenigstens annähernd vertikal und koaxial durchsetzt und oben mit der Überlaufvorrichtung versehen ist, so dass die Flüssigkeit aus dem Auslassraum der vorhergehenden Abscheidestufe in freiem Überlauf in das der nachfolgenden Abscheidestufe zugeordnete Gefäss zur Aufnahme einer Flüssigkeitssäule strömt.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile besonderer Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Ansprüchen, aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und aus der zugehörigen Zeichnung, in der die Erfindung rein beispielsweise und schematisch veranschaulicht ist.
Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung;
Fig. 2 stellt einen waagrechten Querschnitt durch eine der Abscheidestufen, entlang der Linie II-II in Fig. 1, dar.
Die dargestellte Einrichtung weist drei Abscheidestufen A, B und C auf, die grundsätzlich alle ähnlich ausgebildet sind.
Die erste Abscheidestufe A weist einen aufrechten zylindrischen Behälter 10 auf, der an seinem oberen Ende 11 offen ist.
An den Behälter 10 ist unten ein Ablaufstutzen 12 angeschlossen, der durch ein Absperrorgan 13 verschlossen ist. In die untere Endpartie des Behälters 10 mündet eine Rohrleitung 14 ein, die mit einem aufrechten zylindrischen Gefäss 15 zur Aufnahme einer Flüssigkeitssäule 16 verbunden ist. Das Gefäss 15 ist oben offen und in ein Sammelbecken 17 eingebaut, derart, dass im Sammelbecken 17 angesammelte Flüssigkeit 18 sich in freiem Überlauf über die obere Kante 19 des Gefässes 15 in dieses Gefäss ergiessen kann.
Die zweite Abscheidestufe B weist ebenfalls einen aufrechten zylindrischen Behälter 20 auf, dessen oberes Ende 21 offen ist. Der Behälter 20 ist unten mit einem Ablaufstutzen 22 versehen, der durch ein Absperrorgan 23 verschlossen ist. In die untere Endpartie des Behälters 20 mündet eine Rohrleitung 24 ein, die mit einem zylindrischen Gefäss 25 zur Aufnahme einer Flüssigkeitssäule 26 verbunden ist. Das Gefäss 25 ist oben offen und koaxial im Behälter 10 der ersten Abscheidestufe A angeordnet. Die obere Kante 29 des Gefässes 25 liegt tiefer als die Überiaufkante 19 des Gefässes 15 und auch tiefer als das obere Ende 11 des Behälters 10, so dass Flüssigkeit 28 aus dem Behälter 10 sich in freiem Überlauf über die Kante 29 in das Gefäss 25 ergiessen kann.
Die dritte Abscheidestufe C weist ebenfalls einen aufrechten zylindrischen Behälter 30 auf, der an seinem oberen Ende 31 offen ist und unten einen Ablaufstutzen 32 mit einem Absperrorgan 33 aufweist. In die untere Endpartie des Behälters 30 mündet eine Rohrleitung 34 ein, die mit einem zylindrischen Gefäss 35 zur Aufnahme einer Flüssigkeitssäule 36 verbunden ist. Das Gefäss 35 ist koaxial im Behälter 20 der zweiten Abscheidestufe B angeordnet und oben offen. Die obere Kante 39 des Gefässes 35 liegt tiefer als die Überlaufkante 29 des Gefässes 25 und auch tiefer als das obere Ende 21 des Behälters 20, so dass Flüssigkeit 38 aus dem Behälter 20 sich in freiem Überlauf über die Kante 39 in das Gefäss 35 ergiessen kann.
Koaxial im Behälter 30 ist ein weiteres zylindrisches Gefäss 45 angeordnet, das oben offen ist und dessen obere Kante 49 tiefer liegt als die Überlaufkante 39 des Gefässes 35 und auch tiefer als das obere Ende 31 des Behälters 30, so dass Flüssigkeit 48 aus dem Behälter 30 sich in freiem Überlauf in das Gefäss 45 ergiessen kann. Unten ist das Gefäss 45 mit einem Ablaufrohr 44 versehen.
In der ersten Abscheidestufe A befindet sich im Ringraum zwischen der Umfangswand des Gefässes 25 und der Umfangswand des Behälters 10 ein Koaleszenzfilter 50, das den Behälter 10 in einen Einlassraum 51 unterhalb des Filters 50 und einen Auslassraum 52 oberhalb des Filters unterteilt. Das Koaleszenzfilter 50 ist herausnehmbar auf einem Tragring 53 abgestützt. Das Filter 50 besteht zur Hauptsache aus Spänen oder Drähten aus einem Stoff, für welchen flüssige Erdölprodukte ein höheres Benetzungsvermögen aufweisen als Wasser.
Ein solcher Stoff ist z. B. Polytetrafluoräthylen. Die erwähnten Späne oder Drähte sind zweckmässig in Netze aus dem gleichen Stoff oder aus Metall eingepackt, die samt ihrem Inhalt leicht ausgewechselt werden können. Zur bequemeren Handhabung kann das Filter 50 aus mehreren Sektoren zusammengesetzt sein, die einzeln herausnehmbar sind.
Im Auslassraum 52 oberhalb des Koaleszenzfilters 50 ist eine Fangvorrichtung 54 zum Sammeln der am Filter 50 koalisierten und vom Filter aufsteigenden Erdölprodukttropfen angeordnet. Die Fangvorrichtung 54 besteht aus einem ringförmigen, konischen Kragen, der an der Umfangswand des Gefässes 25 abnehmbar befestigt ist und sich gegen die Umfangswand des Behälters 10 und gegen das Koaleszenzfilter 50 hin erstreckt. Zwischen der äusseren Umfangskante 54a des Kragens 54 und der Umfangswand des Behälters 10 ist ein Durchtrittsspalt 55 für gefilterte Flüssigkeit vorhanden. Der Kragen 54 weist einen inneren, zylindrischen Umfangsrand 56 auf, der so weit nach unten vorspringt, wie die äussere Umfangskante 54a des Kragens 54. Der zylindrische Umfangsrand 56 ist in einem Haltering 57 abgestützt, der dicht an der Umfangswand des Gefässes 25 befestigt ist.
Eine Rohrleitung 58 für den Austritt der mittels des Kragens 54 gesammelten flüssigen Erdölprodukte ist an einer höchstgelegenen Stelle des Kragens 54 angeschlossen und erstreckt sich der Umfangswand des Gefässes 25 entlang aufwärts bis über das obere Ende 11 des Behälters 10 und von dort radial nach aussen über die Umfangswand des Behälters 10 hinaus. Auf nicht dargestellte Weise kann die Rohrleitung 58 zu einem Sammelbehälter für die abgeschiedenen flüssigen Erdölprodukte weitergeführt sein.
In völlig analoger Weise sind auch die zweite Abscheidestufe B und die dritte Abscheidestufe C je mit einem Koaleszenzfiler 60 bzw. 70, einer darüber angeordneten Fangvorrichtung 64 bzw. 74 für abgeschiedene flüssige Erdölprodukte sowie mit einer Austrittsleitung 68 bzw. 78 für die gesammelten Erdölprodukte versehen. Die Koaleszenzfilter 60 und 70 der Abscheidestufen B und C weisen lediglich eine grössere Schichthöhe auf als das Koaleszenzfiler 50 der ersten Abscheidestufe. Wie in der ersten Abscheidestufe A sind auch in den folgenden Abscheidestufen B und C die Koaleszenzfilter 60 und 70 sowie die Fangvorrichtungen 64 und 74 leicht herausnehmbar angeordnet. Durch das Koaleszenzfilter 60 ist der Behälter 20 der Abscheidestufe B in einen Einlassraum 61 und einen Auslassraum 62 unterteilt.
Desgleichen ist der Behälter 30 der Abscheidestufe C durch das Koaleszenzfilter 70 in einen Einlassraum 71 und einen Auslassraum 72 unterteilt.
Im Einlassraum 61 der zweiten Abscheidestufe B ist eine Luftblasenfangvorrichtung 80 angeordnet, die durch einen ringförmigen, konischen Kragen gebildet ist, welcher an der Umfangswand des Gefässes 35 dicht befestigt ist und sich gegen die Umfangswand des Behälters 20 hin und abwärts erstreckt. Zwischen der äusseren Umfangskante des Kragens 80 und der Umfangswand des Behälters 20 befindet sich ein freier Durchtrittsspalt 81 für das zu trennende Flüssigkeitsgemisch. Eine Entlüftungsleitung 82 ist innerhalb des Gefässes 35 vertikal verlaufend angeordnet.
Das untere Ende der Entlüftungsleitung steht mit einer höchstgelegenen Stelle des Kragens 80 in Verbindung, und das obere Ende der Leitung 82 ragt über das obere Ende 21 des Behälters 20 so weit hinaus, dass eine in der Leitung 82 gegebenenfalls entstehende Flüssigkeitssäule aus Erdölprodukten keinesfalls oben überlaufen kann.
In analoger Weise ist auch im Einlassraum 71 der dritten Abscheidestufe C eine Luftblasenfangvorrichtung 90 angeordnet, von der eine Entlüftungsleitung 92 innerhalb des Gefässes 45 aufwärts bis über das obere Ende 31 des Behälters 30 geführt ist.
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist wie folgt:
Ein Flüssigkeitsgemisch 18, das hauptsächlich aus Wasser und zu einem geringeren Teil aus flüssigen Erdölprodukten, wie Benzin, Schmieröl, Heizöl usw., besteht, wird im Sammelbecken 17 gesammelt. Wenn der Spiegel dieses Flüssigkeitsgemisches ausreichend hoch liegt, ergiesst sich das Flüssigkeitsgemisch in freiem Überlauf über die obere Kante 19 des Gefässes 15 in letzteres hinein. Im Gefäss 15 wird eine Flüssigkeitssäule 16 gebildet, die über die Rohrleitung 14 den Einlassraum 51 der ersten Abscheidestufe A mit dem zu trennenden Flüssigkeitsgemisch speist. Durch den hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule 16 wird das Flüssigkeitsgemisch von unten nach oben durch das Koaleszenzfilter 50 getrieben.
Die mit dem Filterstoff in Berührung gelangenden, zum Teil fein dispergierten flüssigen Erdölprodukte lagern sich wegen ihres hohen Benetzungsvermögens an den Oberflächen der Späne oder Drähte des Filterstoffes an, während das Wasser den Filterstoff nicht zu benetzen vermag. Infolge der nach oben gerichteten Strömung und infolge des hydrostatischen Auftriebes der spezifisch leichteren Erdölprodukte kriecht die sich bildende Oberflächenschicht aus Erdölprodukten an den Spänen oder Drähten des Filterstoffes nach oben. Dabei erfolgt eine Vereinigung vieler kleiner Erdölproduktepartikeln zu grösseren Mengen, die sich schliesslich von der oberen Seite des Filters 50 in Form grösserer Tropfen ablösen, wenn die Strömungsund Auftriebskräfte grösser sind als die Adhäsionskräfte.
Tropfengrössen von 3 bis 5 mm Durchmesser sind durchaus erreichbar.
Die vom Koaleszenzfilter 50 aufsteigenden Tropfen der Erdölprodukte werden grösstenteils mittels der Fangvorrichtung 54 aufgefangen und gesammelt. Die so gesammelten flüssigen Erdölprodukte steigen in der Rohrleitung 58 nach oben.
Sobald die Erdölproduktesäule in der Rohrleitung 58 genügend hoch ist, fliessen die abgeschiedenen Erdölprodukte entsprechend der jeweils von unten neu zufliessenden Menge aus der Überlaufmündung 59 ab.
Das von flüssigen Erdölprodukten weitgehend befreite Wasser strömt nach dem Verlassen des Koaleszenzfilters 50 durch den Durchtrittsspalt 55 zwischen der Fangvorrichtung 54 und der Umfangswand des Behälters 10 hindurch und weiter im Auslassraum 52 nach oben. Wenn der Spiegel der Flüssigkeit 28 im Auslassraum 52 ausreichend hoch liegt, ergiesst sich die Flüssigkeit in freiem Überlauf über die obere Kante 29 des Gefässes 25 in letzteres hinein.
Im Gefäss 25 bildet sich eine Flüssigkeitssäule 26, die über die Rohrleitung 24 den Einlassraum 61 der zweiten Abscheidestufe B mit Flüssigkeit speist. Durch den hydraulischen Druck der Flüssigkeitssäule 26 wird die Flüssigkeit von unten nach oben durch den Behälter 20 der zweiten Abscheidestufe B getrieben. Mittels der Luftblasenfangvorrichtung 80 wird der Flüssigkeitsströmung im Einlassraum 61 eine Umlenkung aufgezwungen, die bewirkt, dass in der Flüssigkeit vorhandene Luftblasen in den Bereich der Fangvorrichtung 80 gelangen, von wo die Luftblasen durch die Entlüftungsleitung 82 entweichen. Die Flüssigkeit bewegt sich hierauf durch das Koaleszenzfilter 60, wo ein grosser Teil der noch in der Flüssigkeit verbliebenen Erdölprodukte gleich wie in der ersten Abscheidestufe A abgeschieden und koalisiert wird.
Die vom Filter 60 aufsteigenden Tropfen der Erdölprodukte werden mittels der Fangvorrichtung 64 aufgefangen und gesammelt, wobei die gesammelten Erdölprodukte durch die Rohrleitung 68 aufsteigen und weggeführt werden, wie für die erste Abscheidestufe A ausführlich dargelegt wurde. Das von flüssigen Erdölprodukten weiter befreite Wasser 38 strömt vom Auslassraum 62 in freiem Überlauf über die obere Kante 39 des Gefässes 35 in letzteres hinein.
Die im Gefäss 35 sich bildende Flüssigkeitssäule 36 speist über die Rohrleitung 34 den Einlassraum 71 der dritten Abscheidestufe C, deren Wirkung mit jener der zweiten Abscheidestufe B übereinstimmt und daher nicht mehr näher erläutert werden muss. Aus dem Auslassraum 72 des Behälers 30 fliesst das von flüssigen Erdölprodukten praktisch vollständig befreite Wasser 48 in freiem Überlauf über die obere Kante 49 des Gefässes 45, aus welchem es durch die Rohrleitung 44 abgezogen und der Wiederverwendung oder einer kommunalen Abwasserreinigungsanlage zugeführt wird.
Die beschriebene Einrichtung weist unter anderem die folgenden Vorteile auf:
Da jedes Koaleszenzfilter 50, 60 bzw. 70 in einem eigenen Behälter untergebracht ist, kann jedes Koaleszenzfilter, wie auch die zugeordnete Fangvorrichtung 54, 64 bzw. 74 für die abgeschiedenen Erdölprodukte, einzeln und von den andern unabhängig kontrolliert, ausgebaut, ersetzt oder gereinigt und wieder eingebaut werden. Diese Wartung wird dadurch erleichtert, dass der Behälter 10, 20 bzw. 30 jeder Abscheidestufe einzeln über den Ablaufstutzen 12, 22 bzw. 32 und das Absperrorgan 13, 23 bzw. 33 entleerbar ist.
Zu Reinigungszwecken lässt sich die Fangvorrichtung 54, 64 bzw. 74 jeder Abscheidestufe verhältnismässig leicht entfernen, wonach das Koaleszenzfilter 50, 60 bzw. 70 ohne grossen Arbeitsaufwand mit Wasser abgespritzt werden kann, wobei man zweckmässig das Schmutzwasser über den Auslaufstutzen 12, 22 bzw. 32 ablaufen lässt.
Der Durchflusswiderstand und folglich der Verschmutzungszustand jedes Koaleszenzfilters 50, 60 bzw. 70 kann mühelos an Hand des Pegelstandes der Flüssigkeitssäule 16, 26 bzw. 36 in dem der betreffenden Abscheidestufe funktionell zugeordneten Gefäss 15, 25 bzw. 35 überwacht werden. Mit zunehmendem Durchflusswiderstand des Koaleszenzfilters steigt nämlich der Spiegel der Flüssigkeitssäule, die durch ihren hydrostatischen Druck die Flüssigkeit durch das Koaleszenzfilter zu treiben hat.
Durch Einbau von Niveausonden, die je bei Erreichen des höchstzulässigen Pegelstandes der Flüssigkeitssäule 16, 26 bzw. 36 ansprechen, lässt sich eine automatische Überwachung der Arbeitsweise der Einrichtung erzielen, wobei durch das Ansprechen einer jeden der genannten Niveausonden entweder bloss ein Warnsignal ausgelöst oder aber auch automatisch die Zufuhr weiteren Flüssigkeitsgemisches unterbunden werden kann.
Die Höhe der Wasser- oder Erdölproduktsäule in der Rohrleitung 58, 68 bzw. 78 jeder Abscheidestufe ist unabhängig vom Durchflusswiderstand des Koaleszenzfilters der nachfolgenden Abscheidestufe. Somit kann bei Verstopfung eines Koaleszenzfilters kein Wasser durch die für den Auslauf der Erdölprodukte vorgesehenen Rohrleitungen 58 und 68 aus nissen.
Die koaxiale und zentrale Anordnung der Gefässe 25, 35 und 45 innerhalb der Behälter 10, 20 bzw. 30 bewirkt eine Vergrösserung des Strömungsquerschnittes in den Einlassräumen 51, 61 bzw. 71 und in den Auslassräumen 52, 62 bzw. 72.
Dies hat eine Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit zur Folge, wodurch das Abscheiden der flüssigen Erdölprodukte wie auch das Abscheiden von Luftblasen begünstigt wird. Durch die Anordnung der Durchtrittsspalte 55, 65 bzw.
75 am äusseren Umfang der Fangvorrichtungen 54, 64 bzw. 74 ergibt sich zudem eine gegen diese Durchtrittsspalte hin abnehmende Strömungsgeschwindigkeit, wodurch vermieden wird, dass mittels der Koaleszenzfilter 50, 60 bzw. 70 abgeschiedene Erdölprodukttropfen durch die Strömung aus den Sammelzonen der Fangvorrichtungen 54, 64 bzw. 74 mitgerissen werden.
Die Abscheidestufen A, B und C können, wenn gewünscht, einander völlig gleich ausgebildet sein und übereinstimmende Abmessungen aufweisen.
Bei der letzten Abscheidestufe C braucht die Entnahme des von den flüssigen Erdölprodukten befreiten Wassers 48 nicht in jedem Fall durch das Gefäss 45 und die Ablaufleitung 44 zu erfolgen. Es ist nämlich möglich, eine Ablaufleitung aussen an der Umfangswand des Behälters 30 oberhalb der Fangvorrichtung 74 anzubringen. Statt dessen ist es aber auch möglich, das Ablaufrohr 44 ausserhalb des Behälters 30 bis annähernd auf die Höhenlage der Überlaufkante 49 hochzuführen.
Durch beide Varianten kann das Gesamtgefälle von der Über- laufkante 19 des Gefässes 15 bis zum Auslaufrohr gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel verringert werden. Dies kann in der Praxis von Vorteil sein, wenn das von den Erdölprodukten befreite Wasser einem höher gelegenen Abwasserkanal oder Vorfluter übergeben werden soll.
The present invention relates to a device for separating liquid petroleum products from a mixture of liquid petroleum products and water, with at least two separation stages to be passed through one after the other by the liquid mixture, each having a coalescing filter made of a substance with a higher wetting capacity for the liquid petroleum products than for water, a Catching device arranged above the filter for collecting the petroleum products coalesced on the coalescence filter and rising from the filter as a result of the hydrostatic buoyancy, as well as an outlet for the collected petroleum products.
The coalescence filter of each separation stage ensures that the droplets of liquid petroleum products that come into contact with the filter material accumulate on the surface of the filter material and over time combine to form larger drops, whereas the water is essentially unable to wet the filter material. As soon as the coalesced drops of petroleum products have reached a sufficient size, they begin to rise along the surface of the filter material due to their lower weight than water, in order to finally detach from the coalescing filter and to rise in the water through hydrostatic buoyancy. A suitable material for the coalescence filter is, for example, polytetrafluoroethylene in the form of chips or wires.
In known devices of the type mentioned at the beginning, the separation stages are arranged in such a way that a single pressure source drives the liquid mixture through the coalescing filters located one behind the other. The coalescence filters are z. B. arranged one above the other in a common container through which the liquid mixture flows from bottom to top. This arrangement has the disadvantage that when the flow resistance increases, it cannot be seen which of the coalescence filters is the main cause of the increased flow resistance as a result of contamination. Another disadvantage is that the coalescence filters and the catching devices for the separated petroleum products cannot be removed individually for checking their degree of contamination and for cleaning.
It is the object of the present invention to design a device of the type mentioned at the beginning so that the flow resistance and thus the degree of contamination of each individual coalescing filter can be effortlessly monitored during operation of the device and, if necessary, each coalescing filter and each catching device for separated petroleum products for cleaning purposes in the event of severe pollution can be removed and reinstalled individually.
In a device of the type mentioned at the outset, this object is mainly achieved according to the invention in that the separation stages each have their own container, divided by the coalescence filter into an inlet space and an outlet space, and that the inlet space of each separation stage has a receptacle assigned to this separation stage only communicates with a liquid column, the hydrostatic pressure of which the liquid mixture can be driven through this separation stage.
With this design, one can easily see from the level in each of the vessels for receiving a column of liquid what the flow resistance of the separation stage fed by this liquid column is and consequently what the degree of contamination of the coalescing filter in question is. Each individual coalescence filter and its associated catching device for separated petroleum products can, if necessary, be removed from the container of the relevant separation stage and reinstalled after cleaning, regardless of the other separation stages.
Advantageously, the device is further designed in such a way that each of the vessels for receiving a column of liquid can be fed with the liquid mixture through an overflow device, whereby the vessel assigned to the second or subsequent separation stage for receiving a column of liquid through the overflow device can be fed directly with the liquid mixture from the outlet space the previous separation stage is fed.
In a particularly expedient embodiment of the device, the vessel assigned to the second or subsequent separation stage for receiving a column of liquid has an essentially cylindrical part which passes through the vessel of the preceding separation stage at least approximately vertically and coaxially and is provided with the overflow device at the top, so that the liquid flows from the outlet space of the preceding separation stage in free overflow into the vessel assigned to the subsequent separation stage for receiving a column of liquid.
Further features, details and advantages of particular embodiments of the subject matter of the invention emerge from the claims, from the detailed description of an exemplary embodiment that follows and from the associated drawing, in which the invention is illustrated purely by way of example and schematically.
1 shows a vertical section through the embodiment of the device according to the invention;
FIG. 2 shows a horizontal cross section through one of the separation stages, along the line II-II in FIG. 1.
The device shown has three separation stages A, B and C, which are basically all similar.
The first separation stage A has an upright cylindrical container 10 which is open at its upper end 11.
At the bottom of the container 10, a drain connection 12 is connected which is closed by a shut-off element 13. A pipe 14 opens into the lower end section of the container 10 and is connected to an upright cylindrical vessel 15 for receiving a column of liquid 16. The vessel 15 is open at the top and built into a collecting basin 17 in such a way that liquid 18 that has collected in the collecting basin 17 can pour freely over the upper edge 19 of the vessel 15 into this vessel.
The second separation stage B also has an upright cylindrical container 20, the upper end 21 of which is open. The container 20 is provided at the bottom with a drain connection 22 which is closed by a shut-off device 23. A pipe 24 opens into the lower end section of the container 20 and is connected to a cylindrical vessel 25 for receiving a column of liquid 26. The vessel 25 is open at the top and is arranged coaxially in the container 10 of the first separation stage A. The upper edge 29 of the vessel 25 is lower than the overflow edge 19 of the vessel 15 and also lower than the upper end 11 of the container 10, so that liquid 28 from the container 10 can overflow freely over the edge 29 into the vessel 25 .
The third separation stage C also has an upright cylindrical container 30, which is open at its upper end 31 and has a discharge nozzle 32 with a shut-off element 33 at the bottom. A pipeline 34 opens into the lower end section of the container 30 and is connected to a cylindrical vessel 35 for receiving a column of liquid 36. The vessel 35 is arranged coaxially in the container 20 of the second separation stage B and is open at the top. The upper edge 39 of the vessel 35 is lower than the overflow edge 29 of the vessel 25 and also lower than the upper end 21 of the container 20, so that liquid 38 can pour freely over the edge 39 into the vessel 35 from the container 20 .
Another cylindrical vessel 45, which is open at the top and whose upper edge 49 is lower than the overflow edge 39 of the vessel 35 and also lower than the upper end 31 of the container 30, is arranged coaxially in the container 30, so that liquid 48 flows out of the container 30 can pour into the vessel 45 in free overflow. At the bottom the vessel 45 is provided with a drain pipe 44.
In the first separation stage A, a coalescence filter 50 is located in the annular space between the peripheral wall of the vessel 25 and the peripheral wall of the container 10, which divides the container 10 into an inlet chamber 51 below the filter 50 and an outlet chamber 52 above the filter. The coalescence filter 50 is removably supported on a support ring 53. The filter 50 consists mainly of chips or wires made of a substance for which liquid petroleum products have a higher wettability than water.
Such a substance is e.g. B. polytetrafluoroethylene. The chips or wires mentioned are conveniently packed in nets made of the same material or of metal, which can be easily replaced with their contents. For more convenient handling, the filter 50 can be composed of several sectors which can be individually removed.
In the outlet space 52 above the coalescence filter 50, a catching device 54 is arranged for collecting the petroleum product droplets that have coalesced on the filter 50 and rise from the filter. The catching device 54 consists of an annular, conical collar which is detachably fastened to the peripheral wall of the vessel 25 and which extends against the peripheral wall of the container 10 and against the coalescing filter 50. A passage gap 55 for filtered liquid is present between the outer peripheral edge 54a of the collar 54 and the peripheral wall of the container 10. The collar 54 has an inner, cylindrical circumferential edge 56 which projects downward as far as the outer circumferential edge 54a of the collar 54. The cylindrical circumferential edge 56 is supported in a retaining ring 57 which is fastened tightly to the circumferential wall of the vessel 25.
A pipeline 58 for the exit of the liquid petroleum products collected by means of the collar 54 is connected to a highest point of the collar 54 and extends up the peripheral wall of the vessel 25 to over the upper end 11 of the container 10 and from there radially outward over the Peripheral wall of the container 10 also. In a manner not shown, the pipeline 58 can be continued to a collecting tank for the separated liquid petroleum products.
In a completely analogous manner, the second separation stage B and the third separation stage C are each provided with a coalescence filter 60 and 70, a catching device 64 and 74 arranged above for separated liquid petroleum products, and an outlet line 68 and 78 for the collected petroleum products. The coalescence filters 60 and 70 of the separation stages B and C only have a greater layer height than the coalescence filter 50 of the first separation stage. As in the first separation stage A, in the following separation stages B and C, the coalescence filters 60 and 70 and the catching devices 64 and 74 are easily removable. The container 20 of the separation stage B is divided into an inlet space 61 and an outlet space 62 by the coalescence filter 60.
Likewise, the container 30 of the separation stage C is divided into an inlet space 71 and an outlet space 72 by the coalescence filter 70.
In the inlet space 61 of the second separation stage B, an air bubble trap device 80 is arranged, which is formed by an annular, conical collar which is tightly fastened to the peripheral wall of the vessel 35 and extends back and forth against the peripheral wall of the container 20. Between the outer peripheral edge of the collar 80 and the peripheral wall of the container 20 there is a free passage gap 81 for the liquid mixture to be separated. A vent line 82 is arranged running vertically inside the vessel 35.
The lower end of the vent line is connected to a highest point of the collar 80, and the upper end of the line 82 protrudes beyond the upper end 21 of the container 20 so far that a liquid column of petroleum products that may arise in the line 82 will never overflow can.
In an analogous manner, an air bubble trap device 90 is also arranged in the inlet chamber 71 of the third separation stage C, from which a vent line 92 extends upwards within the vessel 45 to over the upper end 31 of the container 30.
The use and operation of the device described is as follows:
A liquid mixture 18, which consists mainly of water and to a lesser extent of liquid petroleum products such as gasoline, lubricating oil, heating oil, etc., is collected in the collecting basin 17. When the level of this liquid mixture is sufficiently high, the liquid mixture pours in free overflow over the upper edge 19 of the vessel 15 into the latter. A liquid column 16 is formed in the vessel 15, which via the pipeline 14 feeds the inlet chamber 51 of the first separation stage A with the liquid mixture to be separated. As a result of the hydrostatic pressure of the liquid column 16, the liquid mixture is driven from the bottom up through the coalescence filter 50.
The partially finely dispersed liquid petroleum products that come into contact with the filter material are deposited on the surfaces of the chips or wires of the filter material because of their high wetting properties, while the water is unable to wet the filter material. As a result of the upward flow and as a result of the hydrostatic buoyancy of the specifically lighter petroleum products, the surface layer of petroleum products that is formed creeps upwards on the chips or wires of the filter material. In the process, many small petroleum product particles are combined to form larger quantities, which ultimately detach from the upper side of the filter 50 in the form of larger droplets when the flow and buoyancy forces are greater than the adhesive forces.
Droplet sizes of 3 to 5 mm in diameter are quite achievable.
The drops of petroleum products rising from the coalescence filter 50 are for the most part caught and collected by means of the catching device 54. The liquid petroleum products thus collected rise up the pipe 58.
As soon as the column of petroleum products in the pipeline 58 is sufficiently high, the separated petroleum products flow out of the overflow mouth 59 in accordance with the amount newly flowing in from below.
After leaving the coalescence filter 50, the water, which has largely been freed of liquid petroleum products, flows through the passage gap 55 between the catching device 54 and the peripheral wall of the container 10 and continues upwards in the outlet space 52. When the level of the liquid 28 in the outlet space 52 is sufficiently high, the liquid overflows freely over the upper edge 29 of the vessel 25 into the latter.
A liquid column 26 is formed in the vessel 25 and feeds the inlet chamber 61 of the second separation stage B with liquid via the pipeline 24. Due to the hydraulic pressure of the liquid column 26, the liquid is driven from the bottom up through the container 20 of the second separation stage B. By means of the air bubble trap device 80, the liquid flow in the inlet space 61 is forced into a deflection which causes air bubbles present in the liquid to reach the area of the trap device 80 from where the air bubbles escape through the vent line 82. The liquid then moves through the coalescence filter 60, where a large part of the petroleum products still remaining in the liquid is separated and coalized in the same way as in the first separation stage A.
The drops of the petroleum products rising from the filter 60 are caught and collected by means of the catching device 64, the collected petroleum products rising through the pipeline 68 and being carried away, as was explained in detail for the first separation stage A. The water 38, further freed of liquid petroleum products, flows from the outlet space 62 in a free overflow over the upper edge 39 of the vessel 35 into the latter.
The liquid column 36 forming in the vessel 35 feeds the inlet chamber 71 of the third separation stage C via the pipeline 34, the effect of which corresponds to that of the second separation stage B and therefore does not need to be explained in more detail. The water 48, practically completely freed of liquid petroleum products, flows from the outlet space 72 of the container 30 in free overflow over the upper edge 49 of the vessel 45, from which it is withdrawn through the pipeline 44 and fed to reuse or a municipal sewage treatment plant.
The device described has the following advantages, among others:
Since each coalescence filter 50, 60 or 70 is housed in its own container, each coalescence filter, as well as the associated catching device 54, 64 or 74 for the separated petroleum products, can be individually and independently controlled, removed, replaced or cleaned and be reinstalled. This maintenance is facilitated by the fact that the container 10, 20 or 30 of each separation stage can be emptied individually via the outlet connection 12, 22 or 32 and the shut-off device 13, 23 or 33.
For cleaning purposes, the catching device 54, 64 or 74 of each separation stage can be removed relatively easily, after which the coalescence filter 50, 60 or 70 can be sprayed with water without great effort, whereby the dirty water can be expediently removed via the outlet connection 12, 22 or 32 expires.
The flow resistance and consequently the contamination status of each coalescing filter 50, 60 or 70 can easily be monitored by means of the level of the liquid column 16, 26 or 36 in the vessel 15, 25 or 35 functionally assigned to the relevant separation stage. As the flow resistance of the coalescence filter increases, so does the level of the column of liquid which, due to its hydrostatic pressure, has to drive the liquid through the coalescence filter.
By installing level probes, which respond when the maximum permissible level of the liquid column 16, 26 or 36 is reached, automatic monitoring of the operation of the device can be achieved, with the response of each of the mentioned level probes either only triggering a warning signal or else the supply of further liquid mixtures can be stopped automatically.
The height of the water or petroleum product column in the pipeline 58, 68 or 78 of each separation stage is independent of the flow resistance of the coalescing filter of the subsequent separation stage. Thus, if a coalescence filter is clogged, no water can nit through the pipes 58 and 68 provided for the outlet of the petroleum products.
The coaxial and central arrangement of the vessels 25, 35 and 45 within the containers 10, 20 and 30 increases the flow cross-section in the inlet spaces 51, 61 and 71 and in the outlet spaces 52, 62 and 72, respectively.
This results in a reduction in the flow rate, which promotes the separation of the liquid petroleum products and the separation of air bubbles. The arrangement of the passage gaps 55, 65 or
75 on the outer circumference of the catching devices 54, 64 or 74, there is also a flow velocity that decreases towards these passage gaps, which prevents petroleum product droplets separated by the coalescence filters 50, 60 and 70 from being caused by the flow from the collecting zones of the catching devices 54, 64 or 74 are carried away.
The separation stages A, B and C can, if desired, be designed completely identical to one another and have the same dimensions.
In the last separation stage C, the removal of the water 48 from which the liquid petroleum products have been removed does not always have to take place through the vessel 45 and the discharge line 44. It is namely possible to attach a drain line on the outside of the peripheral wall of the container 30 above the catching device 74. Instead, however, it is also possible to lead the drain pipe 44 up outside the container 30 to approximately the height of the overflow edge 49.
By means of both variants, the overall gradient from the overflow edge 19 of the vessel 15 to the outlet pipe can be reduced compared to the exemplary embodiment shown in FIG. This can be of advantage in practice if the water freed from the petroleum products is to be transferred to a sewer or receiving water located at a higher level.