DE10241518B4

DE10241518B4 - Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Abtrennung einer diskontinuierlichen Nebenphase aus einer flüssigen Hauptphase

Info

Publication number: DE10241518B4
Application number: DE10241518.8A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Runge
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Filtration Group GmbH
Priority date: 2002-09-07
Filing date: 2002-09-07
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2022-09-08
Also published as: DE10241518A1

Abstract

Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Abtrennung einer diskontinuierlichen Nebenphase aus einer flüssigen Hauptphase, insbesondere zur Abtrennung von Wasseranteilen aus einer Ölphase, gekennzeichnet durch eine Kombination einer Mischeinrichtung (9) zur Einstellung von Wassertropfen einer vorgebbaren Größe, eines Verteilungselementes (11) und eines Druckentwässerungssystems (12) mit Mehrphasen-Trennprofilen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Abtrennung einer diskontinuierlichen Nebenphase aus einer flüssigen Hauptphase, insbesondere zur Abtrennung von Wasseranteilen aus einer Ölphase.
Stand der Technik
Die Abtrennung von Wasseranteilen aus einer Ölphase, insbesondere aus Altölen, Rohölen und Ölprodukten, kann im Prinzip entweder mittels physikalischer, chemischer oder aber thermischer Verfahren erfolgen. Die beiden letztgenannten Verfahren ziehen dabei häufig Sekundärkontaminationen in Form einer zusätzlichen Befrachtung des Abwassers mit Chemikalien, einer verstärkten Schlammproduktion oder einer Übertragung des Abwasser- auf ein Abluftproblem nach sich. Thermische Verfahren benötigen überdies große Energiemengen und gelten deshalb sowohl aus ökonomischer als auch aus ökologischer Sicht als nicht mehr zeitgemäß. Dagegen stellen physikalische Verfahren eine umweltfreundliche Alternative dar. Dies gilt insbesondere unter dem Aspekt, dass schärfere Umweltauflagen zunehmend höhere Anforderungen an die Trennqualität der eingesetzten Verfahren stellen.
Es sind bereits eine Reihe von Verfahren zur Abtrennung von Wasseranteilen aus einer Ölphase bekannt, bei denen Vorrichtungen, die auch als Entwässerer bezeichnet werden und die nach dem Prinzip der Schwerkraft die unterschiedlichen Dichten von Ölen einerseits und Wasser andererseits nutzen, eingesetzt werden. Durch Einlagerung in Tanks und unter häufig großer Energiezufuhr in Form von Wärme sowie teilweise unter dem Zusatz von Chemikalien zur Verbesserung der Viskosität wird im Prinzip abgewartet, bis die im Öl befindlichen Wassermengen, die in Tropfenform vorliegen, durch Gravitation zu Boden sinken. In diesem Zusammenhang stellt es eine bereits bekannte Maßnahme dar, die Effektivität derartiger Vorrichtungen durch den Einbau von Filtern oder Phasentrennern, die als Koaleszierhilfen dienen, zu verbessern. In all diesen Fällen sind die abscheidbaren Wassertropfen jedoch hinsichtlich ihrer Größe begrenzt, so dass beispielsweise bei einem Einsatz von Tensiden und anderen Mitteln, die die Grenzflächenspannung herabsetzen oder gar vollständig aufheben, keine ausreichende Entwässerung mehr stattfinden kann.
Aus der EP 0 955 076 A1 ist eine Trennvorrichtung bekannt, die eine Mischeinrichtung zum Einstellen von Wassertropfen einer vorgebbaren Größe aufweist.
Aus der DE 21 64 478 C3 ist eine Trennvorrichtung bekannt, die mit einem Verteilungselement ausgestattet ist.
Aus der DE 201 18 998 U1 ist eine Trennvorrichtung bekannt, die ein Druckentwässerungssystem besitzt, das mit Mehrphasen-Trennprofilen arbeitet.
Weitere Trennvorrichtungen sind aus der DE 31 45 964 C2 , der DE 195 08 241 A1 , der DE 297 09 633 U1 und der JP 11-244 671 A bekannt.
Aufgabenstellung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die sich zur Abtrennung beliebiger Mengen und Konzentrationen von Wasseranteilen in einer Ölphase eignet.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patenanspruchs 1.
Erfindungsgemäß werden in der Vorrichtung mehrere Verfahrensschritte so kombiniert, dass große Wasserkontaminationen genau so sicher getrennt werden wie geringste Wasseranteile. Die so aufbereiteten Öle können dem Wirtschaftskreislauf, dem Raffinerieprozess oder sonstigen Anwendungen zugeführt werden.
Ein wichtiges Element der Vorrichtung nach der Erfindung stellt die Verwendung einer Mischeinrichtung dar, in der Wassertropfen in einer vorgegebenen, kontrollierten Größe erzeugt werden und die auch als Controlled Water Drop oder CWD-System bezeichnet wird und die eine für eine optimale nachfolgende Wasserabscheidung erforderliche Tropfenstruktur bereitstellt. Diese Mischeinrichtung wird erfindungsgemäß mit einem Durchfluss-Verteilungselement sowie einem Druckentwässerer mit Mehrphasen-Trennprofilen kombiniert, wie er beispielsweise im eingangs genannten Gebrauchsmuster DE 201 18 998 U1 beschrieben ist.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist in die Anordnung ein mechanischer Emulsions- und Schaumbrecher zum Aufbrechen auch kleinster Wassernester und zum Koalisieren sehr kleiner Wassertropfen im Mikrometerbereich integriert, vorzugsweise der Art, wie er im Gebrauchsmuster DE 92 17 705 U1 beschrieben ist.
Ferner ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Einbindung einer Einheit auf der Basis einer wasserabweisenden Membrantechnologie vorgesehen.
Schließlich wird in vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung eine Analyse des Wassergehaltes im Öl über eine kontinuierlich arbeitende Messstrecke durchgeführt.
Ausführungsbeispiel
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Anlage, in der eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Entwässerung von Ölen zum Einsatz kommt, und
2 den detaillierten Aufbau der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß 1.
Die in 1 schematisch dargestellte Anlage besteht aus einer Reihe von Teilkomponenten, bei denen es sich im Einzelnen um einen Vorlagetank oder Absetzbehälter 1, eine Vorrichtung 8 zur Abtrennung von Wasseranteilen aus unterschiedlichen Ölen, einen Druckentöler 22, einen Lagerbehälter 6 sowie eine Einrichtung 5 zur biologischen Abwasseraufbereitung handelt. Nachgeschaltet ist dieser Anordnung im Fall des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels ein Verbraucher mit einem oder mehreren Lagertanks 7 für das entwässerte Öl. Anhand dieser Anordnung soll zunächst das Fließschema des Verfahrens zur Abtrennung von Wasseranteilen aus unterschiedlichen Ölen beschrieben werden.
Bei diesem Verfahren wird das im Vorlagetank oder Absetzbehälter 1 gelagerte Öl erwärmt. Dabei sinken freie Wasseranteile aufgrund des Dichteunterschiedes und unter der Wirkung der Gravitation auf den Tankboden ab und bilden dort ein mehr oder minder stark mit Öl verunreinigtes Abwasser 4. Dieses Wasser 4 kann optional entweder über den Druckentöler 22 oder aber direkt der Einrichtung 5 zur biologischen Abwasseraufbereitung zugeführt werden.
Die sich oberhalb dieses Abwassers 4 bildende Öl-Wasserphase 3 kann mit sehr unterschiedlichen Wasseranteilen behaftet sein. Sie wird über eine entsprechende Ventilsteuerung der Vorrichtung 8 zur Abtrennung von Wasseranteilen aus unterschiedlichen Ölen zugeführt. Nach der dort erfolgten Entwässerung gelangt das entwässerte Öl in den Lagerbehälter 6 und kann von dort zur weiteren Verwendung in einen der Lagertanks 7 geleitet werden. Die oberste Schicht 2 im Vorlagetank oder Absetzbehälter 1 wird schließlich von Rohöl gebildet, das noch unterschiedlich stark mit Wasser versetzt ist.
Die in 2 dargestellte Vorrichtung zur Entwässerung von Neu-, Alt- oder Rohöl besteht im Eingangsbereich aus einer Exzenterschneckenpumpe 19 und einer Mischvorrichtung 9, in der Wassertropfen kontrollierter, definierter Größe erzeugt werden können. Hieran schließen sich eine Vorkammer 10 mit einem Gemischverteilungssegment 11 sowie ein Druckentwässerungssystem 12 mit Mehrphasen-Trennelementen an. Vervollständigt wird dieser Teil der Vorrichtung durch eine Reihe von Sensoren 13 sowie einen Sammelbehälter 14 für das abgeschiedene Wasser in Form eines Wasserdoms.
Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel ist in einem Abscheiderteil weiterhin mit einer Behältereinheit 20 ausgestattet, in der unter anderem mechanische Emulsions-Brecherelemente 15 angeordnet sind, die Wassertropfen im Mikrometerbereich abzuscheiden vermögen. Weiterhin sind in diesem Teil der Vorrichtung eine oder mehrere wasserabweisende Membranen 16 sowie ein zweiter Wasserdom 17 vorgesehen. Vervollständigt wird die Vorrichtung schließlich durch einen Ölaustritt 18 sowie eine Messeinrichtung 21 zur Bestimmung des Wassergehaltes im Öl.
Gemäß dem anhand von 1 erläuterten Fließschema wird das zu entwässernde Öl von der Exzenterschneckenpumpe 19 in die Mischvorrichtung 9 gefördert, in der Wassertropfen kontrollierter, definierter Größe erzeugt werden. Von hier gelangt das Öl-Wassergemisch in die Vorkammer 10. Weiter wird das Öl-Wassergemisch über das Gemischverteilungssegment 11 auf die Mehrphasen-Trennelemente des Druckentwässerungssystems 12 gelenkt. Die Profile dieser Mehrphasen-Trennelemente fördern das Koalisieren der Wassertropfen durch ihre spezielle Materialbeschaffenheit und die ihnen eigene Geometrie und Anordnung.
Unter Berechnung der sich dann ergebenen Wassertropfengrößen, der Dichtedifferenz, der eingestellten Fließgeschwindigkeit und der über die Sensoren 13 ermittelten und eingestellten Trennschichten wird das abgetrennte Wasser im Wasserdom 13 gesammelt und synchron zum Ölaustritt 18 abgesteuert. In der optional vorgesehenen Behältereinheit 20 mit den mechanischen Emulsions-Brecher-Elementen 15 können im Öl etwaig noch vorhandene Wassertropfen mit Durchmessern im Mikrometerbereich abgeschieden werden. Schließlich lässt die ebenfalls optional eingebaute wasserabweisende Membran 16 ausschließlich Öl in den Austritt 18 gelangen.
Das im Abscheiderteil 20 abgeschiedene Wasser wird im Wasserdom 17 gesammelt und ebenfalls synchron zum Ölaustritt 18 abgelassen. Das von Wasser befreite Öl kann im Ölaustritt 18 mittels der Messeinrichtung 21 zur Bestimmung des Wassergehaltes im Öl sofort im Hinblick auf seinen Restwasseranteil analysiert werden.
Zur Vorrichtung gemäß 2 gehört ferner eine mit speicherprogrammierbarer Steuerung ausgestattete Schalteinheit, über die alle Sensoren, Drücke, Durchflussleistung, Heizungen und Pumpen erfasst bzw. gesteuert werden. Die in 2 dargestellte Vorrichtung kann dabei sowohl manuell als auch halb- bzw. vollautomatisch betrieben werden.

Claims

Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Abtrennung einer diskontinuierlichen Nebenphase aus einer flüssigen Hauptphase, insbesondere zur Abtrennung von Wasseranteilen aus einer Ölphase, gekennzeichnet durch eine Kombination einer Mischeinrichtung (9) zur Einstellung von Wassertropfen einer vorgebbaren Größe, eines Verteilungselementes (11) und eines Druckentwässerungssystems (12) mit Mehrphasen-Trennprofilen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Emulsionsbrecher-Stufe (15) nachgeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich wasserabweisende Membranen (16) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einheit (21) zur automatischen Messung des Wassergehaltes im Öl vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Druckentöler (22) zur Entölung des abgetrennten Wassers vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit speicherprogrammierbarer Steuerung ausgestattete Schalteinheit zur Durchführung der Steuer- und Regelfunktionen vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Containereinheit ausgebildet ist.