DD301096A7

DD301096A7 - METHOD FOR THE THERMAL SEPARATION OF OIL-WATER EMULSIONS AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE PROCESS

Info

Publication number: DD301096A7
Application number: DD32027988A
Authority: DD
Inventors: Peter Johst; Erhard Herzog; Edgar Kotztin; Peter-Erbo Altrock
Original assignee: Skl Motoren Systemtech
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1992-10-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und entsprechende Einrichtung zur Trennung von Öl-Wasser-Emulsionen, vorzugsweise verbrauchter Bohr- und Schneidemulsionen durch Verdampfung der Wasseranteile. Erfindungsgemäß wird bei dem thermischen Trennverfahren im Kreislauf nur eine einzige Heizenergiequelle eingesetzt und die zu trennende Altemulsion dabei durch den Brüdendampf des Fallfilmverdampfers vorgeheizt bzw. der Brüdendampf dabei vorkondensiert. Das erfolgt in einem zwischen dem Kopfproduktstutzen des Fallfilmverdampfers und dem Kondensator angeordneten Doppelrohr-Wärmeübertrager. Der Heizkreislauf für den Fallfilmverdampfer - vorzugsweise als Abwärmenutzung - ist zur Begrenzung der Heizleistung mit einer Drucksicherung ausgerüstet. FigurThe invention relates to a method and corresponding device for the separation of oil-water emulsions, preferably spent drilling and cutting emulsions by evaporation of water fractions. According to the invention, only a single heat energy source is used in the thermal separation process in the circulation and the old emulsion to be separated is preheated by the vapor of the falling film evaporator or the broth steam is thereby precondensed. This is done in a arranged between the top product nozzle of the falling film evaporator and the condenser double-tube heat exchanger. The heating circuit for the falling film evaporator - preferably as a waste heat - is equipped to limit the heating power with a pressure relief. figure

Description

Hierzu 1 Seit» ZeichnungSee 1 page »Drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Trennung von Öl-Wasser-Emulsionen, vorzugsweise zur Trennung von verbrauchten Bohr· und Schneidemulsionen, in wiederverwendbares Öl und Wasser durch Verdampfung der Wasseranteile in einer mehrstufigen Anlage, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a process for the thermal separation of oil-water emulsions, preferably for the separation of spent drilling and cutting emulsions, in reusable oil and water by evaporation of the water in a multi-stage plant, and a device for carrying out the method.

Characteristic of the known state of the art

Für die thermische Trennung von Öl-Wasser-Emulsionen, die hauptsächlich aus verbrauchten Bohr- und Schneidemulsionen bestehen, ist eine mehrstufige Verdampfungsanlage bekannt, bei der die dritte Verdampferstufe fremddampfbeheizt ist. Der Brüdendampf dieser dritten Verdampferstufe heizt die zweite Verdampferstufe, mit deren Brüdendampf dann die erste Verdampferstufe beheizt wird. Für diese Anlage ist es erforderlich, daß die aus dem Sammelbehälter der thermischen Trennung zuzuführende Öl-Wasser-Emulsion vor der ersten Stufe in einem Wärmetauscher vorgewärmt wird. Der hierfür eingesetzte Plattenwärmetauscher muß dabei durch einen weiteren Fremdwärmeträger beheizt werden. (DE-AS 2313044) Nachteilig bei dieser Anlage ist es, daß für ihren Retrieb mindestens zwei getrennte Fremdwärmeträger für die Heizung eingesetzt werden müssen, um die vorgesehene Trennung der Öl-Wasser-Emulsion vornehmen zu können. Hinzu kommt infolge der Vielstuf igkeit der Anlage der hohe Einsatz an Elektroenergie für den Antrieb der Vielzahl der erforderlichen Pumpen. Weiterhin ist eine Anlage zum Trennen von Öl-Wasser-Emulsionen bekannt, bei der die Altemulsion nach mechanischer Reinigung einem Trennapparat zugeführt wird. Dieser Trennapparat besteht aus einem geschlossenen Behälter, in dem ein Verdampferteil mit darüber angeordnetem Abscheideteil und einem wiederum darüber angeordneten Kondensatorteil vorgesehen sind. Dabei sind der Abscheideteil und der Kondensatorteil durch ein als weitere Schwerkraftabscheidestrecke wirkendes und in den Kondensatorteil hineinragendes Rohr miteinander verbunden.For the thermal separation of oil-water emulsions, which consist mainly of spent drilling and cutting emulsions, a multi-stage evaporation plant is known in which the third evaporator stage is externally heated steam. The Brüdendampf this third evaporator stage heats the second evaporator stage, with the Brüdendampf then the first evaporator stage is heated. For this system, it is necessary that the oil-water emulsion to be supplied from the thermal separation header is preheated in a heat exchanger prior to the first stage. The plate heat exchanger used for this purpose must be heated by a further external heat carrier. (DE-AS 2313044) A disadvantage of this system is that for their operation at least two separate external heat carrier for heating must be used to make the intended separation of the oil-water emulsion can. In addition, due to the multistage nature of the system, the high use of electrical energy for driving the large number of pumps required. Furthermore, a plant for separating oil-water emulsions is known, in which the old emulsion is fed to a separating apparatus after mechanical cleaning. This separation apparatus consists of a closed container, in which an evaporator part are provided with arranged above Abscheideteil and a turn arranged capacitor part. In this case, the separating part and the condenser part are connected to one another by a tube acting as a further gravity separating line and projecting into the condenser part.

Dieser Trennapparat wird zur Vermeidung stärkerer Verkrustungen am Verdampferteil zur Senkung des Temperaturniveaus unter Vakuum betrieben. (DD-PS 111516)This separation apparatus is operated to reduce the temperature level under vacuum to avoid strong encrustations on the evaporator part. (DD-PS 111516)

Diese Erfindung hat aber den Nachteil, daß infolge des Vakuums im Trennapparat ohne weitere zusätzliche Ausrüstungen kein kontinuierlicher Abzug des abgetrennten Öls aus dem Verdampferteil realisiert werden kann. In der Praxis erfolgt darum zum Zwecke des Ölablassens eine Unterbrechung der Vakuumerzeugung und eine Belüftung des Trennapparates bis zum Druckausgleich mit der Atmosphäre. Danach kann eine vollständige Entleerung des Apparates erfolgen. Anschließend wird auf Grund dieser Technologie eine Neubefüllung des Trennapparates mit der Menge an Altemulsion vorgenommen, die bis zum nächsten Ölablaßerforderlich ist und erneut ein Vakuum erzeugt.However, this invention has the disadvantage that due to the vacuum in the separation apparatus without further additional equipment no continuous withdrawal of the separated oil from the evaporator part can be realized. In practice, therefore, for the purpose of oil drainage is an interruption of the vacuum generation and ventilation of the separation apparatus to the pressure equalization with the atmosphere. Thereafter, a complete emptying of the apparatus can take place. Subsequently, due to this technology, a refilling of the separating apparatus is carried out with the amount of old emulsion, which is required until the next oil drain and again generates a vacuum.

Diese Trennanlage für Öl-Wasser-Emulsionen kann auf Grund ihres technologischen Aufbaus nur diskontinuierlich betrieben werden, so daß sich der Bedicnaufwand über das angestrebte Maß hinaus - trotz scheinbar bedienarmen Betriebes - erhöht, wozu durch die periodische Vernichtung des Vakuums und zu seiner späteren Wiedererzeugung ein zusätzlicher Energieeinsatz erforderlich ist.This separation plant for oil-water emulsions can be operated only discontinuously due to their technological structure, so that the Bedicnaufwand beyond the desired level addition - despite seemingly low-service operation - increased, including by the periodic destruction of the vacuum and its subsequent re-generation additional energy input is required.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren mit entsprechender Anlage zur Trennung der Bestandteile von „Öl in Wasser"-Altemulsionen, bei der durch direkte Einleitung der Verbrennungsabgase eines Tauchbrenners in die Altemulsion diese sehr stark aufgeheizt wird und dabei die Abgase auf Siedetemperatur des Bades abgekühlt werden. Das entstehende Abgas-Wasser- und Öldampfgemisch wird dann in einem Abgaswäscher mit Altemulsion gewaschen, um Öldampf zu kondensieren. Anschließend wird das gewaschene Abgas-Wasserdampfgeinisch zur Vorwärmung der Altemulsion eingesetzt. (CH-PS 516323)Also known is a method with appropriate system for the separation of the components of "oil in water" -Altemulsionen, in which by direct introduction of the combustion gases of a submersible burner in the old emulsion is heated very strong and while the exhaust gases are cooled to boiling temperature of the bath The exhaust-water and oil vapor mixture formed is then washed in an exhaust gas scrubber with old emulsion to condense oil vapor, and then the washed exhaust gas-water gas mixture is used to preheat the old emulsion (CH-PS 516323).

Nachteilig bei dieser Anlage ist es, daß die erzeugten Abgase des Tauchbrenners hohe Verbrennungstemperaturen mit großen Schwankungen aufweisen, die weit über der Verkokungstemperatur des Ölanteiles der Altemulsion liegen. Weiterhin verdampft bei dieser Art des Wärmeeintrages ein erheblicher Ölanteil aus der Altemulsion, der in einem Abgaswäscher erst wieder abgeschieden werden imß. Dabei fallen im Abgaswäscher auch zusätzlich Salze aus, die abzufiltern sind. Hinzu kommt, daß dieses Verfahren eine erhebliche Umweltbelastung wegen der ölverkokung und -verdampfung in Verbindung mit der direkten Aufheizung durch Verbrennungsabgase über dem Siedepunkt der Altemulsion darstellt.The disadvantage of this system is that the generated exhaust gases of the immersion burner have high combustion temperatures with large fluctuations, which are well above the coking temperature of the oil content of the old emulsion. Furthermore evaporated in this type of heat input, a significant proportion of oil from the old emulsion, which are deposited again in an exhaust scrubber imß. In addition, in the scrubber, additional salts precipitate out which have to be filtered off. In addition, this process represents a significant environmental burden due to the oil coking and evaporation in conjunction with the direct heating by combustion gases above the boiling point of the old emulsion.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur thermischen Trennung von Öl-Wasser-Emulsionen vorzugsweise zur Trennung von verbrauchten Bohr- und Schneidemulsionen - einschließlich einer dazu erforderlichen mehrstufigen Einrichtung - zu schaffen, das bei bedienarmem Betrieb energieökonomisch betreibbar ist und dabei eine umweltfreundliche Wiedergewinnung des eingesetzten Öls ermöglicht.The object of the invention is to provide a method for the thermal separation of oil-water emulsions preferably for the separation of spent drilling and cutting emulsions - including a required multi-stage device - which is energy-economical operable at low-operating conditions and thereby an environmentally friendly recovery of the oil used.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren einschließlich einer entsprechenden mehrstufigen Einrichtung zur thermischen Trennung von Ö'-Wasser-Emulsionen durch Emulsionsvorwärmung, Wasserverdampfung und anschließender Kondensation des Wasserdampfes zu entwickeln, das mit geringstem Wärmeenergiebedarf in kontinuierlicher Fahrweise betreibbar ist. Dnbei steht bei der Einrichtung'weiterhin die Aufgabe, einen einfachen und bedienarmen Aufbau zu erreichen.The invention is based on the technical object of developing a method including a corresponding multistage device for the thermal separation of oil-in-water emulsions by emulsion preheating, water evaporation and subsequent condensation of the water vapor which can be operated with the lowest heat energy requirement in a continuous mode of operation. In the meantime, the task of furnishing a simple and low-maintenance set-up is to be achieved.

Erfindungsgemäß wird das Verfahren dadurch realisiert, daß c'i* Heizenergieversorgung des Kiuislaufes der gesamten Anlage nur durch eine Heizenergiequelle, vorzugsweise Abwärme, vorgenommen und eine Vorwärmung der zu trennenden Öl-Wasser-Emulsion durch den Brüdendampf des Verdampfers durchgeführt wird.According to the invention, the method is realized in that c'i * Heizenergieversorgung the Kiuislaufes the entire system only by a heating energy source, preferably waste heat made, and a preheating of the separated oil-water emulsion is carried out by the Brüdendampf the evaporator.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, daß der Fallfilmverdampfer mit seinem Kopfproduktstutzen über einen als Doppelrohr ausgebildeten und zur Vorkondensation eingesetzten Wärmeübertrager mit dem Kondensator und der Emulsions-Sammelbehälter zur Vorwärmung der Öl-Wasser-Emulsion über den zweiten Weg des Doppelrohres des Wärmeübertragers mit dem Verteiler des Fallfilmverdampfers verbunden ist, wobei eine konstante Heizleistungseinstellung durch eine Drucksicherung für den unter dem Siedepunkt des Wärmeträgers arbeitenden Heizkreislauf des Fallfilmverdampfers, vorzugsweise Abwärme, vorgesehen ist.The device for carrying out the method according to the invention is realized in that the falling film evaporator with its top product via a trained as a double tube and used for precondensation heat exchanger with the condenser and the emulsion reservoir for preheating the oil-water emulsion over the second path of the double tube Heat exchanger is connected to the distributor of the falling film evaporator, wherein a constant Heizleistungseinstellung by a pressure relief for the operating below the boiling point of the heat carrier heating circuit of the falling film evaporator, preferably waste heat, is provided.

Die hauptsächlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind darin zu sehen, daß bei dem Verfahren durch den Einsatz der Vorwärm- bzw. Vorkondensationsstufe und der Verwendung nur eines Verdampfers und eines Kondensators eine Mehrstufigkeit gegeben ist, die von einem Abwärmeträger mäßigen Temperaturniveaus betreibbar ist. Anlagenmäßig ergibt sich durch die thermische Kopplung von Vorwärmung und Vorkondensation in einem Apparat ein überaus einfacher apparativer Aufbau der Einrichtung, de' noch durch die Gestaltung des Heizkreislaufes in seiner Wirksamkeit für die Verdampfung unterstützt wird. Auf Grund des Vorhandenseins eines separaten Heizkreislaufes ist es prinzipiell möglich, Wärmeenergie unterschiedlichster Herkunft, vorzugsweise Abwärme, einzukoppeln.The main advantages of the solution according to the invention can be seen in the fact that in the process by the use of preheating or precondensation and the use of only one evaporator and a condenser is given a multi-stage, which is operable by a waste heat carrier moderate temperature levels. In terms of system results from the thermal coupling of preheating and precondensation in an apparatus a very simple apparatus design of the device, de 'is still supported by the design of the heating circuit in its effectiveness for the evaporation. Due to the presence of a separate heating circuit, it is in principle possible to couple heat energy of different origin, preferably waste heat.

Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß die Veränderung des Druckniveaus im Heizkreislauf eine Anpassungsmöglichkeit der Heizleistung an die Erfordernisse dei zu trennenden Öl-Wasser-Emulsionsarten gegeben ist.Another advantage is that the change in the pressure level in the heating circuit is an adjustment possibility of the heating power to the requirements dei to be separated oil-water emulsion types.

embodiment The invention will be explained in more detail with reference to a Ausführunflsbeispieles. , The accompanying drawing shows the basic structure of a device according to the invention for the thermal separation of Oil-water emulsions by evaporation of water and condensation of water vapor. An emulsion collecting container 10 is connected via a pump 1 to the outer tube of the double tube of a heat exchanger 4

verbunden, dessen Ausgang auf dem nicht dargestellten Verteiler eines Fallfilmverdampfers 2 mündet. Der Fallfilmverdampfer 2 ist mit Fallrohren 13 ausgerüstet. Der Kopfproduktstutzen des Fallfilmverdampfers 2 ist mit dem Innenrohr des Doppelrohres des Wärmeübertragers 4 verbunden, an den sich am Ausgang der Kondensator 3 anschließt.connected, the output of which opens on the distributor of a falling film evaporator 2, not shown. The falling film evaporator 2 is equipped with downpipes 13. The head product nozzle of the falling film evaporator 2 is connected to the inner tube of the double tube of the heat exchanger 4, followed by the capacitor 3 at the output.

With the help of a gooseneck 9 in the condenser 3, the condensate is anstaubar. At the gooseneck 9 closes one Drain line 6 on. The sump 5 of the fur film evaporator 2 is provided with a discharge line 7, which opens into the emulsion collection container 10. Above the sump 5, the falling film evaporator 2 is provided with an oil drain pipe 14, which opens into an oil tank 11. For heating the downpipes 13 of the falling film evaporator 2, a heating circuit 8 is provided, which is heated with waste heat and

in dem eine Drucksicherung 12 vorgesehen ist.in which a pressure fuse 12 is provided.

The inventive method for the thermal separation of Cl-water emulsions, especially for the separation of

verbrauchten Bohr- und Schneidemulsionen, läuft folgendermaßen ab:consumed drilling and cutting emulsions, proceeds as follows:

From the emulsion collection container 10 for the used old emulsion is at atmospheric pressure by means of the pump 1 and

entsprechender Einstellarmaturen eine konstante Menge der Altemulsion dem Außenrohr des Doppelrohres desappropriate adjustment fittings a constant amount of the old emulsion the outer tube of the double tube of the

Wärmeübertragers4zudosiert and preheated therein by the vapor of the falling film evaporator 2. This amount of fed Old emulsion is less than or equal to the design quantity for the falling film evaporator 2. In the outer tube of the heat exchanger 4th

wird die Altemulsion durch den Brüdendampf des Fallfilmverdampfers 2 vorgewärmt und gelangt anschließend zum Verteiler im Fallfilmverdampfer 2. Durch den Verteiler wird die Altemulsion als Film auf die Innenseite der Fallrohre 13 aufgegeben und rieselt in den Fallrohren 13 nach unten. Die Fallrohre 13 werden außen vom Wärmeträger des Heizkreislaufes 8 beheizt, wodurchThe old emulsion is preheated by the vapor vapor of the falling film evaporator 2 and then passes to the distributor in the falling film evaporator 2. Through the manifold, the old emulsion is applied as a film on the inside of the downpipes 13 and trickles down in the downpipes 13. The downpipes 13 are heated externally by the heat carrier of the heating circuit 8, whereby

der Wasseranteil der Altemulsion verdampft, in den Kopf des Fallfilmverdampfers 2 aufsteigt und sich dort als Brüdendampf sammelt. Über den Kopfproduktstutzen des FaIIf 'Imverdampfers 2 gelangt der Brüdendampf in das Innenrohr des Wärmeübertragers 4. Dort gibt er einen Teil seiner Wärme an die im Außenrohr strömende Altemulsion zu deren Vorheizung ab, wodurch eine Abkühlung mit gleichzeitiger Vorkondensation des Brüdendampfes eintritt. Im nachgeschalteten Kondensator 3 wird der Brüdendampf vollständig in das später abzugebende Kondensat überführt.the water content of the old emulsion evaporates, rises in the head of the falling-film evaporator 2 and collects there as Brüdendampf. About the top product nozzle of FaIIf 'Evaporator 2 of the Brüdendampf enters the inner tube of the heat exchanger 4. There he gives off some of its heat to the outer tube flowing in the outer emulsion for their preheating, causing a cooling with simultaneous precondensation of the Brüdendampfes occurs. In the downstream condenser 3, the broth steam is completely transferred into the condensate to be discharged later.

Mit Hilfe des Schwanenhalses 9 wird das Kondensat auf dem Boden des Kondensators 3 gestaut, so daß kein Dampfaustritt erfolgen kann. Über die Ablauf leitung 6 wird das Kondensat aus der Einrichtung abgeführt.With the help of the gooseneck 9, the condensate is stowed on the bottom of the condenser 3, so that no steam can escape. About the drain line 6, the condensate is discharged from the device.

Der sich im Sumpf 5 des Fallfilmverdampfers 2 sammelnde Ölanteil der Altemulsion wird oberhalb des Sumpfbodens gestaut und mittels des Ölablaufrohree 14 in den ölbehälter 11 abgeführt und kann der weiteren Verwendung zugeführt werden. Das Ülablaufrohr 14 ist in soiner Höhenanordnung so bemessen, daß sich auf dem BoJ. ι immer eine ausreichende Standhöhe des Öles einstellt. Durch die im Boden des Sumpfes 5 angeordnete Ablaßleitung 7 ist eine Drainage des sich gegebenenfalls sammelnden Restwassers oder eine Rückführung des Sumpfinhaltes, analog wie eine entsprechende Anordnung am Kondensator 3, in dem Emulsions-Sammelbehälter 10 möglich.The collecting in the sump 5 of the falling film evaporator 2 oil content of the old emulsion is dammed above the bottom of the sump and discharged by the Ölablaufrohree 14 in the oil tank 11 and can be supplied for further use. The Ülablaufrohr 14 is dimensioned in such a height arrangement so that on the BoJ. ι always sets a sufficient level of oil. By arranged in the bottom of the sump 5 drain line 7 is a drainage of the optionally collecting residual water or a return of the sump contents, analogous to a corresponding arrangement on the capacitor 3, in the emulsion collection container 10 is possible.

uie Beheizung des Heizkreislaufes 8 erfolgt mittels Abwärme, die beispielsweise durch Anschluß an einen Rauchgasstrom, an einen Abdampf- oder Heizwasserstrom erfolgt. Durch die Drucksicherung 12 ist dabei garantiert, daß eine konstante Temperatur im Heizkreislauf 8 von beispielsweise 140⁰C eingehalten wird.Heating of the heating circuit 8 takes place by means of waste heat, which takes place, for example, by connection to a flue gas flow, to an exhaust steam or heating water flow. By the pressure relief 12 is guaranteed that a constant temperature in the heating circuit 8 of for example 140 ⁰ C is maintained.

Für die Anfahrphase des Kreisjaufes, für Störfälle oder Regimeuntersuchungen können sowohl die Ablaufleitung 6 des Kondensators 3 wie auch das Ölablaufrohr 14 des Fallfilmverdampfers in nicht gezeigter Weise mit dem Emulsions-Sammelbehälter 10 verbunden sein, um so den nicht vorgesehenen Atistritt von ungetrennten Altemulsionsanteilen mit dem Kondensat oder dom Öl zu vermeiden.For the start-up phase of Kreisjaufes, for incidents or regime investigations both the drain line 6 of the condenser 3 as well as the oil drain pipe 14 of the falling film evaporator in a manner not shown to be connected to the emulsion collection container 10, so as not to provide the intended unseparated Altemulsionsanteilen with the condensate or dom oil to avoid.

Claims

1. A process for the thermal separation of oil-water emulsions by emulsion preheating, evaporation of water and condensation of the water vapor in a multistage plant with continuous operation at atmospheric pressure, characterized in that the heating energy supply of the circuit of the entire system only by a heating energy source, preferably waste heat, at Use of a prepared, temperature-constant energy source, made and the preheating of the separated oil-water emulsion is carried out by the vapor of the evaporator.

2. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized by a falling film evaporator, a condenser and containers for the oil-water emulsion to be separated and the oil obtained, which are connected via connecting lines with measuring and control elements connected to each other, thereby gel nnzeichnet that the falling film evaporator (2) with its head product through a trained as Doppolrohr and used for precondensation heat exchanger (4) with the condenser (3) and the emulsion collection container (10) for preheating the oil-water emulsion via the second path of the double tube of the heat exchanger (4) are connected to the distributor of the falling film evaporator (2).