DE19508241A1

DE19508241A1 - Koaleszenzvorrichtung für korrosive Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE19508241A1
Application number: DE19508241A
Authority: DE
Inventors: Kenneth M Williamson; Scott A Whitney; Alan R Rausch
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1994-03-08
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 1996-02-22
Also published as: IT1278979B1; JPH08903A; ITTO950171A1; AU698244B2; CA2126472C; KR950031157A; FR2717100B1; FR2717100A1; JP3490174B2; GB2287201A; AU1364795A; CA2126472A1; US5480547A; GB9504507D0; KR100375269B1; ITTO950171A0; GB2287201B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät und ein Verfahren zum Trennen organischer und wäßriger Phasen, von welchen minde stens eine dieser Phasen ein korrosives Material enthält. Ins besondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Trennen von korrosiven wäßrigen Lösungen, typischerweise ätzende oder basi sche Lösungen, von einer organischen Phase, wie z. B. von Erdöl stammenden Fraktionen, und ein Gerät und ein Flüssigkeitsreini gungssystem, welche hierfür verwendet werden.

Viele industrielle Verfahren und Geräte als auch Haushaltsgerä te beinhalten die Trennung einer flüssigen Phase von einer an deren Phase. In einigen Fällen, insbesondere wenn Wasser die Phase ist, die in geringeren Mengen vorhanden ist, können che mische Mittel verwendet werden, um das Wasser aus den anderen Komponenten zu entfernen. Solche Mittel zum Entfernen von Feuchtigkeit benötigen jedoch den Austausch und/oder die Rege neration der Reagenzien, die in dem Verfahren verwendet werden. Die verwendeten Reagenzien und die Produkte, die gebildet wer den, erzeugen häufig Komplikationen in bezug auf die Handhabung und das Verwerfen. Aufgrund der damit verbundenen Kosten und in einigen Fällen der Mühen und potentieller gegenteiliger Effekte wegen des Kontaktes mit den chemischen Reagenzien, die mit sol chen Verfahren verbunden sind, werden physikalische Methoden und Geräte den chemischen Mitteln bei der Entfernung von klei nen Mengen einer flüssigen Phase von anderen Phasen bevorzugt.

Ein Verfahren zum Koaleszieren einer unmischbaren Flüssigkeit, welche in einer anderen Phase suspendiert ist, und eine koales zierende Vorrichtung, welche häufig als "Koaleszer" bezeichnet wird, haben weit verbreitete Verwendung bei der Entfernung von Flüssigkeit sowohl aus der Gasphase, wie z. B. in Aerosolen, und aus Suspensionen einer Flüssigkeit in eine andere Flüssigkeit gefunden. Solche Geräte sind insbesondere wirksam, wo das Volu men der zu entfernenden Flüssigkeit klein ist im Vergleich zu dem Volumen der Phase, aus der es entfernt wird. Typischerweise ist die Ausrüstung, die notwendig ist, um ein flüssiges Aerosol aus einem Gas zu entfernen, in der Tendenz weniger kompliziert als die Ausrüstung, die verwendet wird, um zwei flüssige Pha sen, in denen eine erste flüssige Phase unmischbar ist und sus pendiert in einer zweiten flüssigen Phase vorliegt, zu trennen. Dies trifft ganz allgemein zu, da in Gas/Flüssigkeitssuspen sionen Gravitationseffekte in der Tendenz beachtlicher sind, während Oberflächenenergie, Oberflächenspannung oder Grenzflä chenspannungseffekte in der Tendenz weniger bedeutend sind als bei Flüssigkeit/Flüssigkeitssuspensionen.

Das Spektrum von Anwendungen, bei denen Koaleszenzvorrichtungen verwendet wurden, um geringere Gehalte einer ersten flüssigen Phase, welche als diskontinuierliche Phase oder suspendierte Phase bezeichnet wird, aus einer zweiten flüssigen Phase, in der sie suspendiert ist und welche als kontinuierliche Phase oder suspendierende Phase bezeichnet wird, zu koaleszieren, deckt einen beträchtlichen Bereich an Situationen ab. Bei spielsweise wurden Koaleszenzgeräte am meisten benutzt, um kleine Mengen an Feuchtigkeit aus erdölbasierenden Kraftstoffen zu entfernen oder abzutrennen, einschließlich Benzin, Diesel und Flugzeugkraftstoffe, wie z. B. Kerosin; um Feuchtigkeit aus Reinigungsflüssigkeiten zu entfernen; um Öl von Kühlmitteln und Reinigern für Teile zu entfernen; um Ölverunreinigungen, die in natürlichen Wasservorkommen gefunden werden, zu entfernen; um unmischbare Lösemittelsysteme, die in Extraktionsverfahren be nutzt werden, zu trennen, etc.

Zahlreiche Mechanismen und Modelle wurden vorgeschlagen, um das Koaleszieren eines Tröpfchens der diskontinuierlichen Phase aus der kontinuierlichen Phase zu beschreiben und die Leichtigkeit oder Schwierigkeit der Trennung der unmischbaren Phasen. Die Faktoren, welche den Koaleszenzvorgang beeinflussen, schließen die physikalischen Eigenschaften der Phasen, wie z. B. Dichte, Viskosität, Oberflächenspannung, Schergeschwindigkeit und Grenzflächenspannung (IFT) ein. Zusätzlich beeinflussen die Ei genschaften des Systems z. B. die Tropfengröße, die Krümmung der Grenzfläche, die Temperatur, Konzentrationsgradienten und Vi brationen die Koaleszenz ebenfalls beträchtlich. Während einige oder alle dieser Faktoren in einer bestimmten Situation von Be deutung sein können, sind die Eigenschaften wie die Dichte, die Tröpfchengröße und die Grenzflächenspannung augenscheinlich un ter den Faktoren, welche von größter Bedeutung sind und über welche zumindest eine bestimmte Kontrolle in schwierigen Tren nungen von zwei unmischbaren Flüssigkeiten ausgeübt werden kann. Deshalb wird die Trennung schwieriger, wenn alle anderen Dinge gleich bleiben, jedoch die Dichten der zwei Flüssigkeiten einen lediglich kleinen Unterschied zeigen. Dies ist ebenfalls zutreffend für Grenzflächenspannungen der betroffenen Flüssig keiten. In solchen Situationen, in denen die Tröpfchen größer als 10 µm sind (primäre Emulsionen), ist die Koaleszenz und Trennung häufig viel einfacher zu bewirken, indem die diskonti nuierliche Phase sich durch Schwerkraft nach dem Koaleszieren setzt, um eine heterogene Schicht zu bilden. Wenn die Tröpfchen kleiner als 10 µm, insbesondere kleiner als 1 µm im Durchmesser sind, ergeben sich sekundäre Emulsionen oder resultieren sekun däre Nebel oder Trübungen, aus denen die diskontinuierliche Phase sehr viel schwieriger zu koaleszieren ist. Das letztere kommt häufig vor, wenn die Emulsion durch eine starke Bewegung oder den Einschluß eines oberflächenaktiven Mittels gebildet wurde. In den Fällen, in denen die Emulgierung zur Bildung des sekundären feinen Nebels oder der Trübung lediglich durch me chanische Mittel erzeugt wird, kann das Koaleszieren sehr viel leichter durch konventionelle Koaleszenzmethoden und -geräte bewerkstelligt werden. In Fällen, in denen sekundäre feine Ne bel oder Trübungen sich aufgrund von oberflächenaktiven Mate rialien ergeben, welche die Grenzflächenspannungen der Flüssig keiten beeinflussen, wird die Trennung schwieriger.

Die Art der Koaleszenzvorrichtungen, die verwendet wird, hängt von der Schwierigkeit der Trennung oder der Koaleszenz ab, was von den obengenannten Faktoren beeinflußt wird. So wird in ei nigen Situationen die Ausrüstung sehr einfach sein, wie z. B. die Verwendung von Prallflächen als das die Koaleszenz bewir kende Material, und wird bis zu komplexeren Geräten reichen, welche verschiedene Arten der Packung oder des inneren Aufbaus aufweisen. Die Arten der Fluide, die häufig getrennt werden, bestimmt dabei die Packung bzw. der verwendete Aufbau. So be einflußt sowohl die Gestalt des Packungsmaterials als auch sei ne Zusammensetzung die Wirksamkeit der Koaleszenz und der Tren nung. Z.B. enthält ein Koaleszenzgerät, das herkömmlich zur Trennung von Öl und Wasser verwendet wird, Röhren, Platten, Scheiben, Spitzen, Stäbe, Fasern oder andere innere Strukturen, die dazu ausgebildet sind, um Öl zu fangen. Herkömmlicherweise wurde Glas am meisten als Packungsmaterial verwendet, während in einigen Fällen Membranen als Koaleszenzvorrichtungen verwen det wurden als auch die Arten von obengenannten Packungsmateri al, waren Fasern die bevorzugte Form des Packungsmaterials. Gegen wärtig scheinen Glasfasern die am meisten verbreitete Anwendung in Koaleszenzgeräten gefunden zu haben.

Obwohl die Entwicklung von verschiedenen Typen von Geräten, Verfahren und Materialien die Flüssig-Flüssigtrenntechnologie vorangebracht hat, insbesondere bei der Trennung von wäßrigen organischen Flüssigkeiten, haben sich einige Probleme als schwieriger lösbar gezeigt, und die Fortschritte der diesbezüg lichen Technologie lagen weniger in der Luft. Dies ist insbe sondere bezüglich gewisser Trennprobleme der Fall, die auf Erd öl basierende Materialien und Wasser oder wäßrigen Lösungen mit sich bringen. Eine Hauptquelle der Probleme in der Erdölindu strie besteht in der Trennung von Wasser oder wäßrigen Lösungen von auf Erdöl basierenden Kraftstoffen, wie z. B. Dieselkraft stoff, Kerosin und Benzin, sowohl am Ort der Verarbeitung oder nachfolgend hierzu. Ein Grund für die Schwierigkeit beim Ab trennen von Wasser oder wäßriger Lösung (gegenwärtig in kleine ren Mengen als eine diskontinuierliche Phase), welche in dem Kraftstoff suspendiert ist, z. B. in Benzin (die kontinuierliche Phase), ist der, daß Reagenzien während der Verarbeitung zuge fügt werden, um unerwünschte Komponenten zu entfernen, oder oberflächenaktive Mittel oder Detergenzien, die am Ende der Verarbeitung zugegeben werden, um bei der Aufrechterhaltung der Sauberkeit der Kraftstoffverbrennungsausrüstung, in der sie verwendet werden, mitzuwirken, die IFT der wäßrigen und organi schen Phasen vermindern. Dies macht die diskontinuierliche, wäßrige Phase in der organischen Phase stärker dispergiert und diese ist deshalb durch die meisten verwendeten Methoden zum Trennen flüssiger Phasen schwieriger abzutrennen. Beide dieser Schwierigkeiten haben etwas gemeinsam, indem wasserlösliche Komponenten in einer Verminderung der IFT resultieren und die gegenwärtigen weit verbreiteten Techniken zur Trennung sind in jedem Fall nur teilweise erfolgreich, obwohl diese Techniken etwas verschieden sind.

Bei dem früher beschriebenen Problem der Entfernung von korro siven Materialien, wie z. B. durch den Zusatz eines korrosiven Materials während der Verarbeitung, verließ man sich bis heute auf konventionelle Technologien und ihre begleitenden Nachtei le. Das Problem betrifft insbesondere die Trennung und Entfer nung von korrosiven Materialien, wie z. B. wäßrigen säure- oder baseenthaltenden Materialien aus Erdölfraktionen. So können bei der Verarbeitung von Erdöl verschiedene Fraktionen mit einer starken wäßrigen Säure und/oder Alkali enthaltenden Lösungen behandelt werden, wie z. B. bei dem Entfernen gewisser Verbin dungen, welche in Kraftstoffen unerwünscht sind, z. B. Schwefel enthaltende Verbindungen. In solchen Fällen kann die Erdölfrak tion zunächst mit einer starken wäßrigen Säure gewaschen werden und nachfolgend mit einem Überschuß an Alkali neutralisiert werden. In anderen Fällen kann eine wäßrige Lösung allein ver wendet werden, um das erdölbasierende Material zu behandeln. Die Entfernung sowohl von sauren als auch basischen wäßrigen Phasen war im Hinblick auf die Effizienz und vom Standpunkt der Ausrüstung aus gesehen etwas schwierig, wobei sich die Entfer nung von basischen wäßrigen Phasen als am schwierigsten heraus gestellt hat, insbesondere im Hinblick auf den korrosiven Ef fekt auf die verwendete Ausrüstung. Die Verwendung von koales zierenden und trennenden Ausrüstungen, die allgemein bei ande ren Trennvorgängen von wäßrigen und organischen Phasen verwen det wurden, wurde aufgrund der Natur der betroffenen Materiali en vermieden. Folglich sind die IFT-Werte der flüssigen Phasen sehr ähnlich. Bis in jüngste Zeit konnten Trennungen unter Ver wendung herkömmlicher Arten von Koaleszenzgeräten bei IFT- Werten von weniger als ca. 3 dyn/cm nicht erreicht werden. Zu sätzlich war aufgrund der korrosiven Natur einiger Säuren und der meisten basischen oder ätzenden Lösungen die Verwendung vieler Materialien ausgeschlossen, welche andernfalls zur Her stellung der Verfahrensausrüstung verwendet werden konnten, einschließlich vieler Metalle.

Da bisher effektive Koaleszenzgeräte, welche gegen korrosive Materialien, insbesondere ätzende Substanzen, nicht verfügbar waren, bestand die wirksamste verfügbare Technologie für die Erdölindustrie für Jahrzehnte und bis zum heutigen Tage für die Entfernung von ätzenden Substanzen aus Kohlenwasserstoff- Kraftstoffen in einem Sandbettfilter. Obwohl diese Geräte als Filter bezeichnet werden und zumindest in Teilen auch als sol che arbeiten, können diese Vorrichtungen auch ungefähr funkti onsmäßig als Koaleszenzgeräte eingestuft werden. Sie sind al lerdings im Hinblick auf die meisten Aspekte verschieden von Koaleszenzgeräten, die z.Z. in den meisten anderen Applikatio nen in Verwendung sind. Diese sind massige Filter mit Volumina in der Größenordnung von ca. 5000 bis ca. 7000 Kubikfuß. Diese Filter sind nicht nur extrem groß, sondern auch teuer in der Herstellung und Wartung. Es ist im allgemeinen nicht praktika bel, den Sand zu versuchen zu reinigen, und sowohl der Sand als auch einige andere Komponenten des Filters werden routinemäßig entfernt und verworfen. Da viele der Komponenten einer Lang zeiteinwirkung der ätzenden Umgebung nicht standhalten können, mußten von Fall zu Fall die gesamten Sandbettfilter-Systeme mit großen Kapitalkosten ersetzt werden.

Im Hinblick auf diese Probleme wurden Verfahren und Vorrichtun gen gesucht, welche die Trennung von wäßrigen und organischen flüssigen Phasen erlauben, wobei die Unterschiede zwischen den IFT-Werten einer jeden Phase sehr gering sind. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtrennung einer korrosiven wäßrigen Phase wurden ebenfalls gesucht, insbesondere einer Ätzmittel enthaltenden wäßrigen Phase aus einer im wesentlichen wasserun löslichen Phase, welche, verglichen mit den derzeit in der Erd ölindustrie verwendeten Techniken, die Verwendung von Geräten mit einem kleineren Volumen erlauben, mit gleicher oder größe rer Wirksamkeit, mit gleichen oder geringeren anfänglichen Ka pitalkosten und geringerer Arbeitsbelastung und Ersatzmaßnahmen im Hinblick auf die Wartungskosten.

Da die Abtrennung von wäßrigen Lösungen, die in den Verfahrens schritten in der Erdölindustrie verwendet werden, häufig bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden oder Erdölfraktionen bei erhöhten Temperaturen mit einbeziehen, sollte das Verfahren und die Vorrichtung in der Lage sein, wirksam bei erhöhten Tem peraturen durchgeführt zu werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koaleszenzgerät, welches viele der Nachteile der herkömmlichen Verfahren zur Abtrennung einer wäßrigen Phase von einer mit Wasser nicht mischbaren or ganischen Phase mit sich bringt. Im vorliegenden Fall wird der Begriff "mit Wasser nicht mischbare organische Phasen" (WIOP) für organische Phasen verwendet, welche, wenn sie mit reinem Wasser zusammengebracht werden, von den meisten Chemikern als unmischbar mit oder im wesentlichen unlöslich in Wasser angese hen werden. Die Gegenwart eines oberflächenaktiven Mittels, wie z. B. Detergenzien, erniedrigen in der Tendenz die IFT-Werte der beiden Phasen und bewirken eine erhöhte Dispersion oder Lös lichkeit in dem WIOP. Im vorliegenden Zusammenhang bezeichnet der Begriff "ätzend" jedes stark alkalische Material, wie es am allertypischsten in der Erdölindustrie verwendet wird. Während der Begriff WIOP ganz allgemein jede organische Phase, die mit reinem Wasser unmischbar ist, betreffen kann, wird im vorlie genden Zusammenhang typischerweise auf eine Ausführungsform ab gestellt, welche mit dem Abtrennen von erdölbasierenden Flüs sigkeiten in Verbindung steht.

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen einer wäß rigen Phase, insbesondere einer korrosive Substanzen enthalten den wäßrigen Phase aus einem WIOP, und eine Vorrichtung, die hierfür verwendet wird. Bevorzugte Ausführungsformen beinhalten Verfahren und Vorrichtungen, in welchen die Reinigung ein WIOP betrifft, welches mindestens eine Erdölfraktion, und die wäßri ge Phase mindestens eine ätzende Substanz enthält. Entweder die WIOP oder die wäßrige Phase können die diskontinuierliche Phase sein, jedoch ist die wäßrige Phase typischerweise und vorzugs weise die diskontinuierliche Phase und in kleineren Mengen vor handen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im Hinblick auf das Volu men gesehen kompakter als die herkömmlichen Sandbettfiltrati ons-Systeme, die derzeit zum Abtrennen von Ätzmittel enthalten de wäßrigen Phasen aus Erdölfraktionen, typischerweise einer Dieselfraktion, verwendet werden. Z.B. nimmt ein typisches Sandbettfilter-System, das von der Erdölindustrie verwendet wird, um Flüssigkeit mit einem Durchfluß von 1300 Gallonen/min (4920 l/min) zu verarbeiten, ein Volumen von zwischen 5000 bis 7000 Kubikfuß (ca. 142 bis 198 m³) ein. Im Gegensatz dazu nimmt das Gehäuse des Koaleszenzgerätes, das für denselben Zweck ver wendet wird und das typischerweise in der Lage ist, etwa das selbe Volumen an Flüssigkeit in derselben Zeitspanne zu verar beiten, typischerweise ein Volumen von ca. 80 bis ca. 140 Ku bikfuß (ca. 4 m³) ein. Jede Dimension des Gerätes ist kleiner als die vergleichbare Dimension eines Sandbettfilterbeckens, das für die Verarbeitung desselben Flüssigkeitsvolumens verwen det wird.

Dieses Verfahren und Gerät sind in der Lage, verhältnismäßig größere Mengen der wäßrigen Phase als herkömmliche Verfahren zu entfernen, insbesondere wenn sie mit den Sandbettfiltern ver glichen werden, und sie sind in der Lage, Erdölfraktionen her zustellen, welche niedrigere Konzentrationen an wäßriger Phase aufweisen. Obwohl sie bei Umgebungstemperaturen oder in deren Nähe effektiver arbeiten, können das Verfahren und das Gerät auch bei erhöhten Temperaturen betrieben werden, z. B. bei sol chen, die an verschiedenen Auslaßstellen in einem Erdölfraktio nierungssystem angetroffen werden, wenn Erdölfraktionen herge stellt werden, ohne daß eine wesentliche Beeinträchtigung der Komponenten des Gerätes eintritt.

Das Flüssigkeitsreinigungssystem gemäß der Erfindung, welches in der Lage ist, die vorgenannten Ergebnisse zu erzielen, um faßt ein Gehäuse mit einem Flüssigkeitseinlaß und einem ersten und einem zweiten Flüssigkeitsauslaß. Das Gehäuse ist ebenfalls mit einem Bereich zur Trennung einer koaleszierten Flüssigkeit versehen. Innerhalb des Gehäuses und zwischen dem Flüssig keitseinlaß und einem der Flüssigkeitsauslässe angeordnet ist mindestens ein koaleszierendes Element vorhanden (im folgenden auch Koaleszenzpatrone, Koaleszenzeinheit oder Koaleszer oder so ähnlich genannt). Vorzugsweise sind das koaleszierende Ele ment oder die koaleszierenden Elemente außerhalb des Bereichs angeordnet, der in dem Gehäuse für die Trennung der Flüssigkei ten vorgesehen ist, wobei der Bereich vorzugsweise für die Trennung mittels Schwerkraft vorgesehen ist. Mindestens eines der verwendeten koaleszierenden Elemente umfaßt ein Packungsma terial zum Koaleszieren der diskontinuierlichen Phase. Das be vorzugte Packungsmaterial ist porös, vorzugsweise ein faseriges Material oder Gewebe und ist vorzugsweise aus einem Halogenopo lymer, am meisten bevorzugt aus einem Fluorpolymer, gebildet.

Eine andere Zielrichtung der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen einer Flüssigkeit einer diskontinuierlichen Pha se, wie z. B. Wasser oder eine wäßrige Flüssigkeit, bevorzugt eine korrosive wäßrige Flüssigkeit von einem WIOP, wie z. B. ei ner Erdölfraktion. Obwohl diese Art der Flüssigkeitsreinigung als diejenige angesehen werden kann, die die breiteste Anwen dung aufweist, sollte dies nicht als Limitierung hierauf ver standen werden, und die Ausführungsformen des Gerätes und des Verfahrens können verwendet werden, um andere im wesentlichen unmischbare Flüssigkeiten zu trennen, in welchen eine diskonti nuierliche organische Phase vorliegt (wie z. B. eine Erdölfrak tion) und eine kontinuierliche wäßrige Phase. Das Verfahren be inhaltet das Einspeisen einer Mischung der diskontinuierlichen und kontinuierlichen Phasenflüssigkeiten in mindestens ein koa leszierendes Element, welches ein Halogenopolymer umfaßt, und danach das Abtrennen der flüssigen Phasen, typischerweise durch Schwerkrafttrennung. Unter bestimmten Bedingungen kann eine Trennvorrichtung verwendet werden. Die Flüssigkeit, welche die größere Dichte aufweist, tritt aus einem der Gehäuseflüssig keitsauslässe aus, während die Flüssigkeit mit der geringeren Dichte aus dem anderen Flüssigkeitsauslaß in dem Gehäuse aus tritt.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und/oder werden im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen im einzel nen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausfüh rungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf weggebrochene Teile ei ner Ausführungsform eines Koaleszenzelemen tes gemäß vorliegender Erfindung;

Fig. 3 zeigt eine Endabdeckung der Ausführungsform eines Koaleszenzelementes gemäß Fig. 2; und

Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Teil in einer teil weise aufgebrochenen Darstellung der Endab deckung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist.

Bei der Beschreibung der Erfindung werden Begriffe, wie z. B. "Koaleszer", "Koaleszenzelement", "Koaleszenzeinheit" und der gleichen sowohl im Singular als auch im Plural verwendet und beschreiben das Gerät oder den Gegenstand, welcher die diskon tinuierliche oder mehrfach unterteilte Phase aus einer Mischung von unmischbaren Flüssigkeiten zur Bildung von Tröpfchen zusam menführt. Unabhängig von dem verwendeten Begriff läuft der Koa leszenzschritt, für den ein solches Gerät verwendet wird, immer in derselben Weise ab. Obwohl der Begriff "Koaleszer" im allge meinen solch ein Gerät beschreibt und der Begriff "Koaleszenzelement" eine Komponenteneinheit oder Patrone eines Systems beschreibt, welches mehrfache Koaleszenzeinheiten um fassen kann, ist diese Erfindung so zu verstehen, als daß sie so wenige wie eine Koaleszenzeinheit in einem Koaleszenzsystem bis zu einer Mehrheit solcher Einheiten umfaßt. Zusätzlich kön nen solche Koaleszenzeinheiten fixiert und nicht entfernbar sein (ohne daß ein beträchtlicher Schaden an dem System ent steht) oder vorzugsweise leicht entfernbare und ersetzbare Ele mente enthalten.

In seiner einfachsten Form kann entsprechend der Erfindung ein einzelnes Koaleszenzelement oder ein Koaleszer enthalten sein, während eine Mehrheit an Koaleszenzelementen für Mischungen mit niedrigen IFT-Werten verwendet werden kann oder zur Behandlung großer Flüssigkeitsvolumina. Ebenso kann das Medium, welches als der funktionelle Teil der Packung oder Füllkörper oder als flüssigkeitskoalizierender Teil des Koaleszers dient, in porö ser Blatt- oder Gewebe- oder Mattenform vorgelegt werden. Das poröse Blatt kann als ein einzelnes Blatt angeordnet sein oder eine Mehrzahl solcher poröser Blätter, sowohl in flacher oder planarer Form oder in einigen anderen Konfigurationen. So kann ein flaches Koaleszenzelement innerhalb des Gehäuses zwischen dem Gehäuseeinlaß und den Gehäuseauslässen angeordnet sein. Wenn mehr als ein einzelnes flaches Gewebe oder Blatt verwendet wird, können diese beabstandet zueinander angeordnet werden oder vorzugsweise in Kontakt miteinander und wiederum zwischen dem Gehäuseeinlaß und den Gehäuseauslässen. Die Blätter können in gefalteter oder gewellter Form angeordnet sein, in denen die Erhebungen und die Senken jedes Blattes in Ebenen parallel zu einander angeordnet sind. Bevorzugte Konfigurationen eines Koa leszenzelementes umfassen eine Patrone, in welcher der Füllkör per und Füllstoff in einer zylindrischen Konfiguration ausge bildet ist, wie dies in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Mit dieser Konfiguration können die Blätter entweder gefaltet oder nicht gefaltet sein. Da eine gewellte Konfiguration einen grö ßeren Oberflächenbereich der Packung bzw. des Füllstoffmateri als schafft, ist dies im allgemeinen bevorzugt. Wenn mehrere Blätter oder Schichten in einem zylindrischen Element verwendet werden, sind diese Blätter vorzugsweise in einer überlagerten oder Reihenanordnung angeordnet und in Kontakt miteinander fortlaufend in einer radialen Richtung von der aufstromseitigen zur abstromseitigen Richtung des Fluidfließweges. Zusätzlich zu einem oder einer Mehrzahl von flachen Blättern oder Matten, ei nem oder einer Mehrzahl von zylindrischen Blättern oder Matten, einem oder einer Mehrzahl an zylindrischen gefalteten Blättern oder Matten, wobei das letztere ein bevorzugtes Ausführungsbei spiel ist, kann der Füllkörper oder Koaleszenzteil des Elemen tes ebenso als ein einzelnes schraubenförmig gewundenes Blatt oder Matte oder als ein einzeln spiralig gewundenes Blatt oder Matte angeordnet sein. Obwohl nur ein einzelnes Blatt verwendet werden kann, kann ein mehrschichtiger Querschnitt hergestellt werden. Obwohl in einigen Fällen Membranen als das Füllkörper- oder Koaleszenzelement verwendet werden können, werden vorzugs weise aufgrund sowohl der Kostenbetrachtungen als auch eines hohen Druckabfalls über die Packung bzw. das Füllkörpermaterial (ΔP), welcher von der Verwendung solcher Membranen herrührt, faserförmige Materialien verwendet. Vorzugsweise werden nicht gewobene Matten des faserförmigen Materials verwendet. Typi scherweise werden die Fasern aus einem thermoplastischen Mate rial gebildet, und die Matten oder Vliese sind nichtgewobene schmelzgeblasene flächige Materialien.

Materialien, die als Füllkörpermaterial oder als funktionelle koaleszierende Teile des Koaleszenzelementes geeignet sind, sind Materialien mit einer kritischen Benetzungsoberflächen spannung (CWST) (im einzelnen weiter unten definiert), welche zwischen den Oberflächenspannungen der Flüssigkeiten oder flüs sigen Phasen, die zu koaleszieren sind, liegt. Eine Reihe von Flüssigkeiten kann hergestellt werden, jede mit einer Oberflä chenspannung von ca. 3 dyn/cm höher, verglichen mit der vorher gehenden. Ein Tropfen von jeder Flüssigkeit kann dann auf eine poröse Oberfläche gebracht und beobachtet werden, um zu bestim men, ob er schnell absorbiert wird oder auf der Oberfläche ver bleibt. Z.B. beobachtet man eine umgehende Benetzung für eine Flüssigkeit mit einer Oberflächenspannung von 26 dyn/cm, wenn diese Technik auf ein 0,2 µm poröses Polytetrafluorethylen- Filterblatt (PTFE) angewendet wird. Jedoch bleibt diese Struk tur unbenetzt, wenn eine Flüssigkeit mit einer Oberflächenspan nung von 29 dyn/cm angewandt wird.

Ein ähnliches Verhalten wird bei porösen Medien beobachtet, welche unter Verwendung anderer synthetischer Harze hergestellt sind, wobei die Benetzungs-/Nichtbenetzungswerte prinzipiell von den Oberflächeneigenschaften des Materials abhängen, aus dem das poröse Medium hergestellt ist, und sekundär von den Po rengrößencharakteristiken des porösen Mediums. Beispielsweise werden faserartige Polyester, insbesondere Polybutylen terephthalat-(im folgenden "PBT" genannt)Blätter, welche einen Porendurchmesser von weniger als ca. 20 µm aufweisen, von einer Flüssigkeit mit einer Oberflächenspannung von 50 dyn/cm be netzt, jedoch werden diese von einer Flüssigkeit mit einer Oberflächenspannung von 54 dyn/cm nicht benetzt.

Um dieses Verhalten eines porösen Mediums zu charakterisieren, wurde die kritische Oberflächenbenetzungsspannung (CWST), wie unten beschrieben, definiert. Der CWST-Wert eines porösen Medi ums kann bestimmt werden, indem man individuell auf seine Ober fläche, vorzugsweise tropfenweise, eine Reihe von Flüssigkeiten mit Oberflächenspannungen, die sich je um 2 bis 4 dyn/cm unter scheiden, aufbringt und die Absorption oder Nichtabsorption ei ner jeden Flüssigkeit beobachtet. Der CWST-Wert eines porösen Mediums in Einheiten von dyn/cm ist als mittlerer Wert der Oberflächenspannung der Flüssigkeit definiert, welche absor biert wird, und von einer Flüssigkeit der benachbarten Oberflä chenspannung, welche nicht absorbiert wird. Deshalb sind die CWST-Werte in den Beispielen der beiden vorhergehenden Paragra phen 27,5 bzw. 52 dyn/cm.

Beim Messen der CWST-Werte wird eine Serie von Standardflüssig keiten zum Testen mit Oberflächenspannungen hergestellt, welche in Reihe sich um je 2 bis 4 dyn/cm unterscheiden. 10 Tropfen von jeder von mindestens zwei der in Reihe aufeinander folgen den Oberflächenspannungs-Standardflüssigkeiten werden unabhän gig auf repräsentative Teile des porösen Mediums gebracht und für 10 Minuten stehengelassen. Die Beobachtung wird nach 10 Mi nuten gemacht. Als Benetzung wird eine Absorption in oder eine Benetzung des porösen Mediums an mindestens neun der zehn Trop fen innerhalb von 10 Minuten bewertet. Nichtbenetzen ist defi niert als eine fehlende Absorption oder Nichtbenetzen von min destens neun der zehn Tropfen innerhalb von 10 Minuten. Die Prüfung wird fortgesetzt unter Verwendung von Flüssigkeiten mit sukzessive höherer oder niedrigerer Oberflächenspannung, bis ein Paar an Flüssigkeiten identifiziert wurde, wovon eine be netzt und eine andere nicht benetzend ist, welche am nächsten zueinander bezüglich der Oberflächenspannung benachbart sind. Der CWST-Wert liegt dann in diesem Bereich, und der Einfachheit halber wird der Mittelwert der beiden Oberflächenspannungen als eine einzelne Zahl zum Ausdrücken des CWST-Wertes verwendet.

Geeignete Lösungen mit variierender Oberflächenspannung können in einer Vielzahl von Weisen hergestellt werden, jedoch waren die bei der Entwicklung des hier beschriebenen Produktes ver wendeten diese:

Lösung oder Fluid
Oberflächenspannung (dyn/cm)
Natriumhydroxid in Wasser
94-110
Kalziumchlorid in Wasser	90-94
Natriumnitrat in Wasser	75-87
reines Wasser	72,4
Essigsäure in Wasser	38-69
Ethanol in Wasser	22-35
n-Hexan	18,4
FC77 (3M Corporation)	15
FC84 (3M Corporation)	13

Als Packungs- oder Füllkörpermaterial gemäß der Erfindung sind Polymere geeignet, welche aus Halogenkohlenwasserstoffen gebil det sind, d. h. Polymere, in denen mindestens einige der Wasser stoffatome eines Polyolefins (oder Kohlenwasserstoffpolymers) durch Halogenatomen ersetzt wurden. Die typischsten Halogenkoh lenwasserstoff-Polymere werden durch Polymerisation eines Halo gen enthaltenden Alkylens oder durch Copolymerisation solch ei nes Halogen enthaltenden Alkylens mit einem anderen ethylenisch ungesättigten Kohlenwasserstoff oder Halogen enthaltenden Alky len hergestellt. Bevorzugt sind Fluorkohlenwasserstoff-Polymere oder Fluorpolymerharze, welche einen oder mehrere Arten von Ha logenatomen enthalten, wobei mindestens eines hiervon Fluor ist. Bevorzugt sind gemischte Fluorpolymerharze, d. h. Fluorkoh lenwasserstoff-Polymerharze, welche Fluor und mindestens ein anderes Halogenatom, vorzugsweise Chlor, enthalten. Beispiele solcher Fluorpolymere umfassen Ethylen-Chlorotrifluorethylen- Copolymere (ECTFE), fluorierte Ethylen-Propylen-Copolymere (FEP), Polyvinylidendifluorid (PVDF) und Teflon-(Warenzeichen der Firma DuPont)Polymere, einschließlich Polytetrafluoroethy len (PTFE) und florierte Ethylen-Perfluoroalkylvinylether- Copolymerharze oder Perfluoroalkoxy-Polymere, [CF₂-CF- (O(CF₂)CF₃)-CF₂-CF₂). Bevorzugt sind PTFE-Materialien, wie z. B. Membranen, unter dem Produktnamen EMFLON, erhältlich von der Firma Pall Corporation, Glen Cove, New York, USA. Ein anderes bevorzugtes PTFE-Material ist aus FEP-Harzen gebildet, und PTFE-Fasern, insbesondere solche in einem Fluorkohlenwasser stoff-Bindemittel, wie z. B. FEP (wie von Hurley in dem US- Patent No. 4,716,074 beschrieben, dessen Inhalt hier durch Be zugnahme eingeschlossen wird). Am meisten bevorzugt ist ECTFE. Dieses Material ist von der Firma Ausimont USA, Inc. in Morri stown, New Jersey, unter dem Warenzeichen "Halar" erhältlich.

Obwohl, wie oben vorgeschlagen, die Packung, der Füllstoff oder Füllkörper eines Koaleszers viele Formen annehmen kann, sind Membranen (im allgemeinen, wenn PTFE verwendet wird) und fase rige Matten oder Bahnen bevorzugt, wobei das letztere am mei sten bevorzugt ist, unabhängig vom Material. Die Matten bzw. Bahnen oder Blätter an Packungs- oder Füllkörpermaterial können gewoben oder nicht gewoben sein, wobei das letztere bevorzugt wird. Die Fasern können mechanisch miteinander verzwirbelt oder miteinander verbunden werden, über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Das erstere ist bevorzugt, insbesondere wenn das bevorzugte nichtgewebte Material aus ECTFE als das Packungsmaterial ver wendet wird.

Parameter, wie z. B. Faserdurchmesser und Fangeffizienz, werden aufgrund der Art der durchzuführenden Trennung ausgewählt. Um eine Trennung von Flüssigkeiten mit IFT-Werten unterhalb von 30 dyn/cm zu erzielen, sollte das verwendete Füllkörpermedium eine Feststoffangeffizienz von vorzugsweise nicht mehr als 20 µm aufweisen. Dementsprechend sollte die Festkörperfangwirksamkeit für die meisten Anwendungsfälle nicht mehr als ca. 20 µm betra gen. Die Festkörperfangeffizienz wird in großen Teilen durch die Porengröße des Mediums bestimmt, welches selbst großenteils durch den Faserdurchmesser bestimmt wird. Demzufolge ist die mittlere Porengröße eines faserigen Mediums im allgemeinen nicht kleiner als der Durchmesser der verwendeten Fasern. Bei der Art der Trennungen, in der für die Erfindung die breiteste Anwendungsmöglichkeit erwartet wird, werden die Fasern typi scherweise Durchmesser von weniger als 10 µm, vorzugsweise we niger als ca. 7 µm und am meisten bevorzugt Faserdurchmesser von weniger als ca. 5 µm, aufweisen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet minde stens ein koaleszierendes Element, in welchem das bevorzugte Füllkörpermaterial, d. h. faserige ECTFE-Fluorpolymermatten im nichtgewebten Zustand, koaxial in einem gewellten, zylindrisch ausgebildeten Koaleszenzelement angeordnet ist. Während ein einzelnes Blatt des Fluorpolymer-Füllkörpermaterials, insbeson dere ECTFE, verwendet werden kann, hängt die Zahl oder Schich ten der Matten von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Dicke der Schicht, dem durchschnittlichen AP, dem durch schnittlichen Porendurchmesser, dem Flächengewicht des Materi als, dem Blasenpunkt des Materials, dem Faserdurchmesser, der Konzentration der diskontinuierlichen Phase (die Menge der zu entfernenden diskontinuierlichen Phase) und dem Volumen und der Geschwindigkeit der durch den Koaleszer fließenden Flüssigkeit. Was im allgemeinen wichtiger ist als die Dicke einer einzelnen Schicht oder Matte oder die Zahl der Blätter oder Schichten der verwendeten Matte, ist die Gesamttiefe des Betts, die auch als zusammengesetzte Dicke des Gesamtmediums bekannt ist. In Anwen dungsfällen, in denen korrosive wäßrige Flüssigkeiten entfernt werden und in denen IFT-Werte niedrig sind, insbesondere bei der Trennung von Ätzmittel enthaltenden wäßrigen Flüssigkeiten aus WIOPs, wie z. B. erdölbasierenden Substanzen, ist die zusam mengesetzte Dicke des Gesamtmediums geeigneterweise ca. 0,05 bis ca. 0,2 Inch (ca. 0,127 cm bis ca. 0,508 cm), vorzugsweise ca. 0,1 Inch (ca. 0,254 cm). Ca. 1 bis ca. 20 Schichten des Fluorpolymer-Füllkörpermaterials können in radialer Richtung und koaxial in dem Koaleszenzelement angeordnet werden. Vor zugsweise umfaßt jedes Element ein bis ca. 14 Schichten des Füllstoffmaterials. Am meisten bevorzugt umfaßt ein gewelltes, zylindrisch ausgebildetes Koaleszenzelement ca. 7 Schichten an ECTFE, wobei jedes eine Dicke von ca. 0,014 Inch (für eine Ge samtheit von ca. 0,1 Inch) aufweist und eine Fangwirksamkeit von ca. 20 µm.

Vorzugsweise weist die nichtgewebte, mechanisch verzwirbelte ECTFE-Fluorpolymermatte ein mittleres Gewicht einer einzelnen Schicht von ca. 3 Unzen pro Quadratyard (ca. 112 g/m²) auf. Das gesamte mittlere Gewicht für 7 Schichten dieses Materials be trägt ca. 21 Unzen pro Quadratyard (ca. 781 g/m²). Der Faser durchmesser der ECTFE-Faser ist geeigneterweise ca. 1 bis 10 µm, vorzugsweise ca. 1 bis ca. 7 µm und am meisten bevorzugt ca. 1 bis ca. 5 µm.

Geeignete Materialien, aus denen die Komponenten für die Koa leszenzpatrone gebildet werden können, wie z. B. Endabdeckungen, Kern, Käfig und Dichtungen, umfassen Materialien, wie z. B. Epoxyklebstoffmaterialien, Kohlenstoffstahl oder Edelstahl, Te flon oder andere Fluorpolymere, wobei Edelstahl am meisten be vorzugt ist. Das Gehäuse selbst, innerhalb dem das Koaleszenze lement angeordnet ist, kann aus Materialien hergestellt werden, wie z. B. Kohlenstoffstahl und Edelstahl, wobei Kohlenstoffstahl am meisten bevorzugt ist.

Obwohl die Flüssigkeitsreinigungssysteme der vorliegenden Er findung am effektivsten bei oder nahe bei Umgebungstemperaturen sind, sind sie ebenfalls sehr wirksam bei höheren Temperaturen. Deshalb sind sie in der Lage, effektiv korrosive wäßrige Flüs sigkeiten zu entfernen, welche in einigen Erdölfraktionen, als Resultat einer Verarbeitungsbehandlung gefunden werden, welcher die Fraktionen unterzogen werden, entweder an Ort und Stelle der Fraktionierungsanlage oder entfernt von dieser Anlage. Ty pischerweise werden viele dieser Fraktionen zu Geräten oder Vorrichtungen zur Entfernung der wäßrigen Phase bei der Frak tionierungsanlage bei Temperaturen von ca. 80 bis ca. 90°F (ca. 26,5 bis ca. 32°C) geleitet. In vielen Fällen übersteigt die Temperatur dieser Flüssigkeiten 1000°F (380 C). Die Flüs sigkeitsreinigungssysteme schaffen nicht nur eine effiziente Abtrennung von korrosiven wäßrigen Phasen von einem WIOP, son dern die Materialien, aus denen die verschiedenen Elemente des Reinigungssystems hergestellt sind, sind in hohem Maße resi stent und zeigen geringe nachteilige Effekte aufgrund der kor rosiven Natur der verwendeten Flüssigkeiten. Deshalb ist das Reinigungssystem sowohl bei Umgebungs- als auch bei erhöhten Temperaturen, bei denen sowohl saure als auch basische Materia lien ihre höchste korrosive Wirkung entfalten, in der Lage, solchen nachteiligen Bedingungen zu widerstehen.

Das Flüssigkeitsreinigungssystem der vorliegenden Erfindung und insbesondere das Füllkörpermaterial, das in dem Koaleszenzele ment erfindungsgemäß verwendet wird, kann im Gegensatz zu den herkömmlich in Koaleszenzelementen verwendeten Füllkörpermate rialien bei der Trennung von korrosiven Materialien, die sowohl in der wäßrigen Phase als auch in dem WIOP gefunden werden, eingesetzt werden. Dies umfaßt sowohl schwache Säuren und star ke Säuren als auch schwache und stark alkalische Substanzen, sowohl anorganische als auch organische. Ohne die Absicht, sich hierauf zu beschränken, seien als Beispiele für Substanzen, welche das System und das erfindungsgemäße Verfahren in der La ge sind zu entfernen, genannt: wäßrige Lösungen mit Mineralsäu ren, wie z. B. H₂SO₄, HNO₃, H₃PO₄, HCl, HF, organische Säuren, wie z. B. Phenol, Cresole und andere phenolische Derivate, Ben zosulfonsäure oder p-Toluolsulfonsäure, etc. und alkalische Substanzen, wie z. B. NaOH, KOH, NaCO₃, Na₂HPO₄, Na₃PO₄, NH₄OH, quaternäre Ammoniumhydroxide, etc., wobei die Liste fortgesetzt werden kann.

Mit einem bestimmten WIOP und einer wäßrigen Phase, welche eine spezifische Substanz hierin gelöst enthält, welche die Oberflä chenspannung und den IFT-Wert ändert, ändert sich der IFT-Wert der beiden Phasen umgekehrt mit der Konzentration der gelösten Substanz. So sind wäßrige Phasen, welche hohe Konzentrationen an oberflächenaktiven Mitteln oder korrosive Materialien ent halten, im allgemeinen schwieriger in einem Koaleszenzverfahren zu trennen, als ähnliche Zwei-Phasen-Systeme, welche niedrige Konzentrationen des gelösten Materials enthalten. Obwohl dies nicht die einzige Erwägung ist, ist die Erfindung wirksam in der Trennung korrosiver wäßriger Phasen aus WIOPs, in denen der IFT-Wert der Mischung mindestens ca. 0,6 dyn/cm beträgt. So ist diese Erfindung in der Lage, eine Trennung flüssiger Phasen mit IFT-Werten zu erzielen, welche beträchtlich niedriger sind, als dies derzeit mit anderen koaleszierenden Systemen oder Reini gungssystemen ganz allgemein möglich ist. Um die Bedeutung des sen in Werten üblicher Situationen klarzumachen, dies ent spricht der Trennung einer wäßrigen Phase, welche Natrium hydroxid aus einer Erdölfraktion, wie z. B. einer Leichtbenzin fraktion, enthält, in welcher die Konzentration des gelösten Natriumhydroxid ca. 10 Gew. % ist. Dies entspricht einem Wert auf der Baum´-Skala von ca. 14,20 Baum´.

Tabelle 2 zeigt die IFT-Werte bei Raumtemperatur für eine kon tinuierliche Phase aus einem Leichtbenzin und einer wäßrigen Phase, welche Natriumhydroxid in verschiedenen Konzentrationen in Gew. % Natriumhydroxid enthält.

Konzentration an NaOH (Gew.-%)
IFT (Dyne/cm)
0,1
23
0,5	20,5
1	17,8
5	2,0
10	0,6.

Die Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend, bezugneh mend auf die Fig. 1 bis 4, beschrieben. Es sei betont, daß die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele limitiert ist.

Die Reinigungsvorrichtung ist ganz allgemein mit dem Bezugszei chen 10 in Fig. 1 bezeichnet und umfaßt ein Gehäuse 20, wel ches mit einem Flüssigkeitseinlaß 22, einem ersten Flüssig keitsauslaß 24 und einem zweiten Flüssigkeitsauslaß 26 versehen ist. Das Gehäuse ist ebenfalls mit einer vertikalen Rohrwand 28 ausgestattet, in welche ein oder mehrere Koaleszenzelemente 30 eingepaßt sind. Wenn eine Mehrzahl an Koaleszenzelementen ver wendet wird, sind sie parallel angeordnet, wobei jedes in einer in der Rohrwandung 28 vorgesehenen Öffnung gehalten ist. Jedes der Koaleszenzelemente ist abgedichtet in der für es vorgesehe nen Öffnung in der Rohrwandung gehalten. Obwohl in Fig. 1 nicht gezeigt, können verschiedene Träger oder Sicherungsmit tel, wie z. B. ein Kreuzträger, am Ende der Koaleszenzpatrone (Patronen) entfernt von dem Einlaßende und der Rohrwandung zum Tragen und Sichern des bzw. der Koaleszenzelemente in dem Ge häuse vorhanden sein. Die Rohrwandung 28 dient nicht nur zur Sicherung eines Endes eines jeden Koaleszenzelementes 30, das darin angeordnet ist, sondern dient darüber hinaus als Barriere oder Wandung zwischen einer Anstrom- oder Einlaßseite 32 des Gehäuses 20 und einer Abstrom- oder Auslaßseite 34 des Gehäu ses. Die Einlaßseite 32 des Gehäuses 20 kann ebenso als eine Einlaßkammer, welche durch die Wandung 36u und die Rohrwandung 28 gebildet wird, angesehen werden. Die Kammer kann darüber hinaus mit einem Abflußauslaß 38 versehen sein, um restliche kontaminierte Flüssigkeit, welche in der Einlaßkammer 32 nach Abschluß des Reinigungsverfahrens verbleibt, aufzunehmen. Nor malerweise ist der Abfluß 38, während das Reinigungsverfahren läuft, geschlossen, so daß jegliche kontaminierte Flüssigkeit, welche durch den Einlaß 22 in das Gehäuse eintritt, von der Aufstromseite 32 des Gehäuses zur Abstromseite 34 des Gehäuses durch ein oder mehrere Koaleszenzelemente 30 tritt, welche in der Rohrwandung 28 vorgesehen sind (wie mit den schraffierten Pfeilen in Fig. 1 gezeigt). Die kontaminierte Flüssigkeit tritt in das Koaleszenzelement 30 ein, welches im wesentlichen in der Abstromseite des Gehäuses angeordnet ist, und zwar durch eine Öffnung, die in der Endabdeckung 62 (Fig. 3 und 4) vor gesehen und welche in der Rohrwandung 28 befestigt ist, und sie tritt aus dem Koaleszenzelement durch das Füllkörpermaterial 44 aus, welches eine zylindrische Wandung des Koaleszenzelementes 30 bildet. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine fa serige nichtgewebte Matte aus ECTFE, bekannt als HALAR (Warenzeichen) 1400, verwendet. Dergestalt fließt die Flüssig keit von der Anstrom- oder Aufstromseite 32 des Gehäuses zu der Abstromseite 34 des Gehäuses durch das Koaleszenzelement bzw. die Koaleszenzelemente 30 in einer von Innen-nach-außen- Richtung. Die Abstromseite 34 des Gehäuses kann man sich eben falls als eine große Kammer vorstellen, welche von der Rohrwan dung 28, den Koaleszenzelementen 30 und der Wandung 36d gebil det wird.

Die Fig. 2 bis 4 verdeutlichen eine Ausführungsform eines Koaleszenzelementes oder einer Patrone, welche erfindungsgemäß geeignet ist. Fig. 2 zeigt eine Patrone, die teilweise aufge brochen ist, um einige der Komponenten und Teile der Patrone freizulegen. Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Teil der Endab deckung, die in Fig. 3 gezeigt ist, ebenfalls in einer teil weise aufgebrochenen Darstellung, und macht ebenfalls einige Komponententeile der Patrone erkennbar. Dergestalt ist das Füllkörpermaterial 44 rund um einen perforierten Kern 50 ange ordnet. Das Füllstoff- oder Füllkörpermaterial ist in einer ge wellten oder gefalteten Anordnung 52 mit Erhebungen 52a und Senken 52b ausgebildet. Konzentrisch um das gefaltete Füll stoffmaterial ist eine Gitternetzabdeckung 54 angeordnet, wel che vorzugsweise aus Metall hergestellt ist. Eine ähnliche Trä gerschicht (nicht gezeigt) kann zwischen dem Kern 50 und dem Füllmaterial bzw. der Packung 44 angeordnet sein. Die aufstrom seitigen und abstromseitigen Trägerschichten helfen, die Ge stalt des Packungsmaterials während dem Gebrauch zu erhalten. Um die äußere metallische Schraubengitterabdeckung 54 herum ist als eine konzentrische Manschette eine abstromseitige Ablauf schicht 56 angeordnet, welche für eine verbesserte Tropfenabga be sorgt. Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Endabdeckung 60, wel che auf ein Ende der Koaleszenzpatrone 30 aufgesiegelt ist. Diese Endabdeckung ist mit einer Öffnung 62 versehen, welche in der Mitte der Abdeckung angeordnet ist. Die Öffnung wird bei typischen Anwendungsfällen als ein Fluideinlaß geschaffen, wo bei das zu behandelnde Fluid aus dem Element heraus durch das Füllmaterial 44 tritt. Eine ähnliche, jedoch nicht durchbroche ne Endabdeckung 64 ist an dem gegenüberliegenden Ende der zy lindrischen Patrone vorgesehen. In einigen Fällen kann die Koa leszenzpatrone mit zwei Endabdeckungen ausgebildet werden, in denen jede eine Öffnung aufweist, und in einigen Fällen können sie identisch sein. Dies vermindert die Herstellkosten und er laubt ebenfalls die Verwendung eines Ankerstabes, welcher durch die Patrone hindurchtritt und welcher an einem vom Einlaßende entfernten Ende mit einer Mutter, einem Flansch oder derglei chen gesichert wird. Dies sorgt für eine zusätzliche Stabilität bei der Montage innerhalb des Gehäuses (wie in Fig. 1 ge zeigt). Alternativ kann ein Stecker in das Ende der Patrone eingesetzt werden, welches vom Einlaßende entfernt ist. Solche Patronen können ebenfalls in Reihe angeordnet werden oder als eine lange Patrone mit geeigneten Verbindern oder Adaptern aus gebildet werden.

Die Flüssigkeit, welche von dem Koaleszenzelement bzw. den Koa leszenzelementen austritt, wird durch einen Trennbereich 40 des Gehäuses geleitet, welcher auf der Abstromseite des Gehäuses vorgesehen ist, stromab von dem Koaleszenzelement. Bei den die se Erfindung betreffenden Untersuchungen wurde gefunden, daß unter bestimmten Bedingungen ein Trennelement (nicht gezeigt) stromab von dem Koaleszenzelement in dem Trennbereich angeord net werden kann.

Wenn ein Trennelement verwendet wird, kann es dieselbe oder ei ne ähnliche Konfiguration aufweisen wie die der oben beschrie benen Koaleszenzelemente. Das Trennelement kann Materialien verwenden, welche in herkömmlichen Trennelementen verwendet wurden. Ein Beispiel für ein geeignetes Trennelement ist in der parallel anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/038231 beschrieben, deren Inhalt durch Bezugnahme hier ein gefügt wird. Wenn eine zylindrische Konfiguration verwendet wird, besteht der Fluidfluß in einer Außen-nach-Innen-Richtung. Falls verwendet, wird die Zahl und die Anordnung der Trennele mente je nach Anwendung variieren. So kann bei einer Verwendung einer Mehrzahl von Koaleszenzelementen typischerweise eine Mehrzahl an Trennelementen stromabwärts hiervon verwendet wer den. In solchen Fällen wird eine zweite Rohrwandung in dem Trennbereich des Gehäuses als eine Barriere vorgesehen und zum Halten der Trennelemente bzw. des Trennelementes hierin, so daß der Fluidfluß in einer von Außen-nach-innen-Richtung fort schreitet.

Es wurde gefunden, daß zum Trennen von einigen korrosiven wäß rigen Lösungen aus WIOPs, z. B. Erdölfraktionen, die Verwendung eines abtrennenden Elementes stromab von dem koaleszierenden Element wirksam ist. Jedoch hat die Verwendung eines Trennele mentes für viele Mischungen, insbesondere solche, welche ätzen de Substanzen, die in der wäßrigen Phase löslich sind, enthal ten, einen gegenteiligen Effekt. Das bedeutet, daß das Trennelement bewirkt, daß die koaleszierten Tröpfchen der wäß rigen Phase in der organischen Phase redispergiert werden. Auf diese Weise ist die Verwendung eines Trennelementes ineffektiv, wenn der IFT-Wert der Mischung unterhalb von 3 dyn/cm fällt (d. h. von ca. 0,6 bis unter 3,0 dyn/cm), gemessen mit der De noyes-Ring-Pull-Methode. In solchen Situationen wird die Schwerkrafttrennung empfohlen. In solchen Situationen wurde ge funden, daß die Schwerkrafttrennung sich als effektiver erweist als die Verwendung eines Trennelementes. Es wurde bestimmt, daß für Abtrennungen einer korrosiven Flüssigkeit, wie z. B. einer wäßrigen, ätzenden Flüssigkeit und einem WIOP, wie z. B. einer Erdölfraktion, die Differenz in der spezifischen Dichte für je de Phase mindestens ca. 0,1 betragen sollte, um eine wirksame Schwerkrafttrennung stattfinden zu lassen.

Während die Verwendung eines Schwerkrafttrennverfahrens ein Vo lumen des Trennbereichs 40 des Gehäuses verlangt, welches etwas größer ist als im Falle der Verwendung eines Trennelementes, bleibt das Gesamtvolumen des Gehäuses immer noch vernachlässig bar klein im Vergleich mit dem Volumen eines typischen Sand bettfilters, das zur Behandlung vergleichbarer Volumina an Flüssigkeit in derselben Zeitperiode benötigt wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein Sammelbereich 42 für eine diskontinuierliche Phase innerhalb des Gehäuses vorgesehen, welche in Fließverbindung mit dem Trennbereich 40 steht. Bei einer Ausführungsform der Erfindung, wie die z. B. in Fig. 1 gezeigte, in welcher ein überwiegender Teil des Gehäuses eine zylindrische Ausbildung aufweist und in der die Längsachse durch die zylindrische Aus bildung in vertikaler Richtung angeordnet ist, wird der Sammel bereich 42 für die diskontinuierliche Phase an einem unteren Teil des Gehäuses vorgesehen, wenn die diskontinuierliche Phase die höhere Dichte der beiden zu trennenden Phasen aufweist. Dies ist eine bevorzugte Stelle für die Entfernung einer wäßri gen, diskontinuierlichen Phase von einer organischen Phase mit einer Dichte, die geringer ist als Wasser, wie z. B. einer Erd ölfraktion. Bei solchen Bedingungen steigt die organische Phase zu dem oberen Teil des Trennbereichs 40 und wird durch den Aus laß 22 entfernt.

Zusätzlich zu den Elementen des Reinigungssystems, die oben be schrieben sind, kann das Gehäuse ebenso mit einer Luftentlüf tungsöffnung 46 auf der Aufstromseite 32 und/oder der Abstrom seite 34 versehen sein, vorzugsweise auf der Abstromseite 34 des Gehäuses, um Luft und/oder Gase, die in das System eintre ten, zu entfernen. Verschiedene Schließmittel, wie z. B. Klappen und geeignete Dichtungen, können in dem System vorgesehen sein, um den Zugang zu inneren Teilen des Gehäuses zum Reinigen und/oder zur Entfernung von Komponententeilen, wie z. B. einem Koaleszenzelement, zu ermöglichen.

Ein Vorfilter zur Entfernung von festen Verunreinigungen kann aufstromseitig zu dem Koaleszenzelement eingebaut sein. Das Vorfilter kann in die Aufstromseite 32 des Gehäuses eingebaut sein, in den Gehäuseeinlaß 22 oder weiter bevorzugt aufstrom seitig des Gehäuses selbst. Geeignete Vorfilter werden aus Edelstahl, Fluorkohlenwasserstoffe oder Polyphenylensulfiden (Ryton, erhältlich von Phillips Chemical Corporation) herge stellt. Unter Bedingungen, wie z. B. der Entfernung einer Ätz mittel enthaltenden wäßrigen Phase aus einer Erdölfraktion, sollte das Filtermaterial eine durchschnittliche Porengröße von ca. 50 bis ca. 30 µm aufweisen, vorzugsweise ca. 18 µm.

Der Betrieb des Reinigungssystems wird beispielhaft und mit Be zug auf Fig. 1 wie folgt beschrieben. Ein verunreinigtes flüs siges Produkt, wie z. B. eine Mischung einer wäßrigen Phase und eines WIOPs, z. B. eine Alkali enthaltende Phase und eine Erdöl fraktion wird in den Einlaß 22 des Gehäuses 20 eingespeist. Die verunreinigte Flüssigkeit tritt in die Aufstromseite 32 des Ge häuses (oder Einlaßkammer) ein und gelangt in die Öffnung, wel che in der Aufstromseite des Koaleszenzelementes 30 vorgesehen ist. Die Flüssigkeit in dem Koaleszenzelement gelangt dann durch die Packung 44, welche eine Wandung des Koaleszenzelemen tes bildet, um aus diesem als eine im wesentlichen unkontami nierte Erdölfraktion auszutreten (angedeutet mit durchgezogenen weißen Pfeilen in Fig. 1) und koaleszierten Tröpfchen der wäß rigen Phase (angedeutet mit gepunkteten Pfeilen) einer ausrei chenden Größe, um eine unstabile Suspension oder Dispersion in der Erdölfraktion zu bilden. Nachdem die Tröpfchen der wäßrigen Phase aus dem Koaleszenzelement 30 ausgetreten sind, nehmen sie kontinuierlich an Größe zu, indem sie weiter aufgrund der Schwerkrafttrennung koaleszieren.

Die Größe der Alkali enthaltenden Wassertröpfchen wächst wei ter, wenn die Tröpfchen nach unten diffundieren und weg von dem Koaleszenzelement. Zur gleichen Zeit diffundiert die organische Phase mit niedriger Dichte in dem Gehäuse nach oben und tritt aus dem Auslaß 24 aus. Die wäßrige Phase sammelt sich in dem Sammelbereich 42 für die diskontinuierliche Phase und wird durch den zweiten Auslaß 26 abgezogen.

Um die Effizienz des Flüssigkeitsreinigungssystems zu zeigen, wurde ein System im Pilotmaßstab erfindungsgemäß aufgebaut und verglichen mit einem konventionellen Sandbettreinigungssystem. Das Volumen des Sandbettsystems betrug 6810 Kubikfuß (193 m³), während das einer maßstabgetreuen Ausrüstung für das Gehäuse des Pilotgerätes, das eine Koaleszenzeinheit enthielt, ungefähr 100 Kubikfuß (2,83 m³) enthielt. Das aktuelle Gehäuse hatte ei nen inneren Durchmesser von 4 Inch (0,1 m) und eine Länge von 32 Inch (0,81 m) mit einem Volumen von 402 Inch³ (0,0066 m³). Das Gehäuse umfaßte ein einzelnes Koaleszenzelement mit einer Abmessung von 2,75 Inch, innerer Durchmesser mal 6 Inch, wäh rend die volle Größe 33 Koaleszenzelemente umfassen würde, wel che in paralleler Anordnung angeordnet wären. Jedes Koaleszen zelement würde eine Packung, gebildet aus HALAR-Fluoropolymer harz, enthalten, welches von Ausimont USA, Inc., Morristown, New Jersey, erhältlich ist. Die nichtgewobenen Fluoropolymer matten, die als Packung verwendet wurden, hatten ein mittleres Einzelschichtgewicht von ungefähr 3 Unzen pro Yard und einen idealen Faserdurchmesser von ungefähr 9 µm. Die Koaleszenzpa trone verwendete 7 Packungsschichten, wovon jede eine Dicke von 0,014 Inch aufwies. Der mittlere Luftdruckabfall AP für die einzelne Schicht des Mediums betrug 0,28 Inch (0,71 cm) an Wasser bei einer Geschwindigkeit von 28 Fuß/min (8,5 m/min). Der mittlere erste Blasenpunkt (größte Porengröße) (Einzelschicht) betrug 8 Inch (20 cm) an Wasser, und der 1500 cm³-Blasenpunkt (mittlerer Porenblasenpunkt) (Einzelschicht) wurde bei einem Durchschnitt von 8,7 Inch (22 cm) an Wasser ge messen. Das Medium wurde in jedem Koaleszenzelement, sowohl von der Aufstrom- als auch der Abstromseite, der Packung durch eine Einzelschicht aus einem Edelstahlmetallgitter getragen, um ei nen Verlust der Gestalt des Packungsmediums aufgrund der durch tretenden Flüssigkeit durch das Koaleszenzelement zu vermeiden. Jedes Koaleszenzelement umfaßte ebenfalls eine Umhüllung in Um fangsrichtung′ welche stromab von und um das äußere Metallgit ter herum angeordnet war. Dieses letztendlich abstromseitige Element diente als eine äußere Auslaßschicht und wurde von ei nem offenporigen PTFE-Harz gebildet, welches eine mittlere Po rengröße von mindestens 40 µm aufwies. Ein Vorfilter, welches aus Edelstahl oder ECTFE gebildet wurde und eine Porengröße von 18 µm aufwies, wurde aufstromseitig des Gehäuses des erfin dungsgemäßen Reinigungssystems angeordnet.

Eine Erdölfraktion, welche aus einem verunreinigten Leichtben zin bestand, wurde sowohl zu dem Sandbettfilter als auch dem Flüssigkeitsreinigungssystem der Erfindung mittels eines Fluß teilers mit einer Fließgeschwindigkeit von 1,25 Gallonen/min aus einem 1300 US-Gallonen/min Strom (verlangsamt in den Be reich von 1/min) geleitet. Die Verunreinigungen, die in der Benzinfraktion vorhanden waren, war ein wäßriges Alkali, zusam mengesetzt aus wäßriger NaOH. Die Temperatur und die Konzentra tion des Eingespeisten variierte über die Zeit, wie auch der Abfluß sowohl von dem Koaleszenzsystem der Erfindung als auch dem Sandbettgerät variierte. Die Vergleichsuntersuchung wurde über eine 11 Wochen-Periode durchgeführt, wobei die Ergebnisse für jede Woche gemittelt und die Resultate über die gesamten 11 Wochen gemittelt wurden. Diese Resultate sind in Tabelle 3 ent halten. In der letzten Spalte dieser Tabelle sind die Ergebnis se für die beiden Verfahren verglichen unter Verwendung eines Verhältnisses des Abflusses aus dem Sandbettgerät zu dem, der aus dem Koaleszenzgerät gemäß vorliegender Erfindung erhalten wurde. Wie man aus den Ergebnissen sehen kann, reicht die Ver besserung von der Untergrenze von ca. 30% Verbesserung für die Woche 5 zu einer Verbesserung von mehr als 30mal für die Woche Nr. 10. Der durchschnittliche Leistungsfaktor für die 11 Wo chen-Periode betrug 8,33.

Tabelle 3

Claims

1. Verfahren zum Entfernen einer wäßrigen ätzenden Lösung aus einem flüssigen organischen Kraftstoff, in welchem erstere im wesentlichen unmischbar ist, umfassend:

a) Einführen einer Mischung aus einer wäßrigen, ätzenden Lösung und einem flüssigen organischen Kraftstoff in mindestens eine Koaleszenzanordnung, welche minde stens ein Koaleszenzelement mit einem Packungsmateri al umfaßt, welches im wesentlichen chemisch inert ge genüber der wäßrigen, ätzenden Lösung ist und welches eine kritische Oberflächenbenetzungsspannung auf weist, welche zwischen den Oberflächenspannungen der wäßrigen, ätzenden Lösung und dem flüssigen organi schen Kraftstoff liegt, um eine Mischung aus koales zierten Tröpfchen der wäßrigen, ätzenden Lösung und dem flüssigen organischen Kraftstoff zu bilden;
b) Trennen der koaleszierten wäßrigen, ätzenden Lösung von dem flüssigen organischen Kraftstoff.

2. Verfahren zum Entfernen einer korrosiven wäßrigen Lösung aus einer Mischung mit einer mit Wasser unmischbaren flüs sigen organischen Phase, in welcher die Lösung im wesent lichen unmischbar ist, umfassend:

a) Einleiten einer Mischung einer korrosiven wäßrigen Lösung und einer mit Wasser unmischbaren organischen flüssigen Phase in mindestens eine Koaleszenzanord nung, welche mindestens ein Koaleszenzelement mit ei nem Packungsmaterial umfaßt, welches im wesentlichen chemisch inert gegenüber der korrosiven wäßrigen Lö sung ist und welches eine kritische Oberflächenbenet zungsspannung aufweist, welche zwischen den Oberflä chenspannungen der wäßrigen korrosiven Lösung und der mit Wasser nicht mischbaren organischen flüssigen Phase liegt, um eine Mischung aus koaleszierten Tröpfchen der korrosiven wäßrigen Lösung in der mit Wasser unmischbaren organischen flüssigen Phase zu bilden;
b) Abtrennen der koaleszierten korrosiven wäßrigen Lö sung von der mit Wasser unmischbaren flüssigen orga nischen Phase.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Packungsmaterial ein Halogenkohlenwasserstoff- Polymer umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Packungsmaterial ein Fluorkohlenwasserstoff- Polymer umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Packungsmaterial ein Copolymer aus Ethylen und Trichlorfluoroethylen umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Packungsmaterial Polytetrafluoroethylen umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin das Packungsmate rial Polyvinylidendifluorid umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Packungsmaterial des mindestens einen Koaleszenze lementes mindestens ein poröses, faseriges nichtgewobenes flächiges Material umfaßt.

9. Reinigungssystem für Flüssigkeiten, welches in der Lage ist, eine erste Flüssigkeit von einer zweiten Flüssigkeit abzutrennen, wobei die erste Flüssigkeit eine korrosive wäßrige Flüssigkeit ist, welche ganz oder teilweise un mischbar ist, in einer zweiten, eine kontinuierliche Phase bildenden organischen Flüssigkeit und in dieser eine dis kontinuierliche Phase bildet, umfassend:

a) ein Gehäuse;
b) einen Flüssigkeitseinlaß in dem Gehäuse;
c) einen ersten Flüssigkeitsauslaß in dem Gehäuse;
d) einen zweiten Flüssigkeitsauslaß in dem Gehäuse;
e) mindestens eine Koaleszenzanordnung zum Koaleszieren der ersten Flüssigkeit; und
f) einen Flüssigkeitstrennbereich in dem Gehäuse.

10. Reinigungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Koaleszenzanordnung mindestens ein Koaleszenzelement umfaßt, welches ein Packungsmaterial enthält, dessen kritische Oberflächenbenetzungsspannung zwischen den Oberflächenspannungen der ersten und der zweiten Flüssigkeit liegt und welches im wesentlichen che misch inert gegenüber korrosiven Flüssigkeiten ist.

11. Reinigungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Packungsmaterial ein Halogenkohlenwasserstoff- Polymer umfaßt.

12. Reinigungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Packungsmaterial ein Fluorkohlenwasserstoff- Polymer umfaßt.

13. Reinigungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Packungsmaterial ein Copolymer aus Ethylen und Trichlorfluoroethylen umfaßt.

14. Reinigungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllstoffmaterial Polytetrafluoroethylen umfaßt.

15. Reinigungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllstoffmaterial Polyvinylidendifluorid umfaßt.

16. Reinigungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Koaleszenzanordnung eine Mehrzahl an Koaleszenzelementen umfaßt, von denen jedes innerhalb einer Koaleszenzanordnung in paralleler Ausrichtung zuein ander angeordnet ist.

17. Reinigungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Koaleszenzelement mindestens ein flächiges Materi al umfaßt, welches eine Feststoffangwirksamkeit von nicht mehr als 20 µm aufweist.

18. Reinigungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Koaleszenzelement in der Lage ist, Flüssigkeiten zu trennen, die bezüglich ihrer Grenzflä chenspannung sich um mindestens ca. 0,6 dyn/cm unterschei den.

19. Koaleszenzelement zum Koaleszieren einer ersten Flüssig keit aus einer zweiten Flüssigkeit, wobei die erste Flüs sigkeit eine korrosive wäßrige Flüssigkeit ist, welche ganz oder teilweise in der zweiten Phase unlöslich ist und in dieser eine diskontinuierliche Phase bildet, wobei die zweite Flüssigkeit eine kontinuierliche Phase bildende or ganische Flüssigkeit ist, wobei das Element eine poröse, faserige Struktur umfaßt, welche Fluorkohlenwasserstoff- Polymerfasern, Endabdeckungen, einen Kern und einen Käfig umfaßt.

20. Koaleszenzelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich net, daß es ferner eine polymere oder Metallgitterträger manschette und einen metallischen Trägerkern umfaßt, wobei sowohl die faserige Struktur als auch die Trägermanschette und der Trägerkern eine zylindrische Konfiguration aufwei sen und konzentrisch angeordnet sind und wobei die Endab deckung dichtend mit der faserigen Struktur der Träger manschette und dem Trägerkern verbunden sind.