DE1960008A1

DE1960008A1 - Verfahren zum Reinigen oelfuehrenden Wassers

Info

Publication number: DE1960008A1
Application number: DE19691960008
Authority: DE
Inventors: Beavon David Kent
Original assignee: BEAVON DAVID KENT
Current assignee: BEAVON DAVID KENT
Priority date: 1969-09-29
Filing date: 1969-11-29
Publication date: 1971-04-22
Also published as: JPS4916982B1; US3574329A

Description

David Kent Beavon, Long Beach, Staat California (V.St.A.)

Verfahren zum Reinigen ölführenden Wassers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bei der Gewinnung sauberen Wassers aus einem Feststoffpartikel enthaltenden Öl-Wasser-Gemisch·

In den petrochemischen und verwandten Industrien trifft man häufig auf Dispersionen von Öl in Wasser, aus denen das öl im wesentlichen vollständig abgetrennt werden muß, um das Wasser wieder verwendbar oder jedenfalls ohne Verunreinigung ausscheidbar zu machen·

Bei der Abscheidung des Öles wird normalerweise ein die unterschiedliche Dichte ausnutzender Abscheidvorgang eingeleitet, bei dem die Dispersion langsam durch eine Abscheidkammer fließt, in der das Öl zu einer vom Wasser getrennten Schicht aufsteigt und vom Wasser periodisch dekantiert wird. Dieses Abscheiden ist gewöhnlich jedoch ungeeignet für ein vollständiges Entölen des Wassers. Das Haupthindernis besteht in der

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Anwesenheit fein verteilter Feststoffe in der Dispersion· Beim Raffinieren von Petroleum beispielsweise sind Feststoffe gewöhnlich ölbenetzt und können erdartige Stoffe oder Niederschläge sein, etwa in der Form von Calciumcarbonat, Calciumsulfat oder Eisensulfid. Diese Feststoffe widerstehen der Koagulation und neigen wegen ihres vom Wasser nur wenig unterschiedenen spezifischen Gewichtes nur in geringem Umfange dazu, mit dem Öl aus dem Wasser nach oben zu steigen. Außerdem ist ihre Beweglichkeit und ihre Fä- W higkeit, sich zusammenzuballen, sehr-gering.

Demzufolge ist es notwendig geworden, das Wasser nach dem Absetzvorgang durch Ausflockung und Sedimentieren oder durch Luft-Flotation mit oder ohne Ausflockung weiterzubehandeln. Das Ausflocken und Sedimentieren bedeutet ein Hinzufügen von flockenerzeugenden Chemikalien, beispielsweise Alaun, zum Wasser, um einen Niederschlag zu erzeugen, der Partikelchen öliger Feststoffe einschließt und sich am Boden der Kammer niedersetzt, so daß das gereinigte Wasser dekantiert werden kann. Dieser ölige Niederschlag stellt ein Il Weiterverarbeitungsproblem dar. Normalerweise wird er eingedickt, durch Filtrieren abgetrennt und verascht.

Ein alternatives Verfahren sieht das Auflösen eines Gases unter Druck vor, daran anschließend eine Druckentspannung, wonach die Gasblasen ölige Tröpfchen zur Oberfläche mitreißen, von wo diese dekantiert werden können. Häufig kann die Reinigung des Wassers jedoch nur mit der zusätzlichen Anwesenheit eines Ausflockers erreicht werden. In diesem Falle wird der Niederschlag floatlert und eventuell in gleicher Welse verteilt wie

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der sedimentlerte Niederschlag.

Beide Verfahren sind teuer und nur wenig wirksam, haben jedoch weite Verbreitung gefunden, da bessere Verfahren bislang noch nicht erdacht wurden, obwohl Entwicklungen in dieser Richtung schon seit Jahren von öffentlichen und privaten Institutionen gefördert wurden·

Erfindungsgemäß kann aus einem Öl-Wasser-System, das ^

Feststoffpartikel enthält, mit geringen Unkosten gesaubertes Wasser dadurch erhalten werden, daß das System durch ein hinreichend feines Kornfilter geschickt wird, um die Feststoffpartikel einzufangen und sauberes Wasser bzw. eine feststofffreie Mischung aus Öl und Wasser zu erhalten, die sich in scharf definierte Schichten von Öl und Wasser trennt. Der Filterkuchen wird periodisch durch Solvatieren des Öls aus dem Filter, ohne die Filterkuchensubstanz zu beeinträchtigen, regeneriert· Dann werden die vom Öl befreiten Feststoffpartikel mit Wasser und möglicherweise, mit Unterstützung eines Gases gewaschen, um als separat wiedergewinnbare oder verwerfbare Bestandteile i Wasser, Öl und ölfreie Feststoffpartikel zu erhalten.

Die beigefügte Zeichnung erläutert die einzelnen Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielhaft. Das darin wiedergegebene Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend beschrieben.

Ein Feststoffpartikel enthaltendes Öl-Wasser-System, beispielsweise ölbenetzte Feststoffe, werden zur Gewinnung von gereinigtem Wasser, Öl und ölfreien Partikeln in der Weise verarbeitet, daß die Feststoff-

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partikel von dem Öl-Wasser-System abfiltriert werden, um entweder gereinigtes Wasser oder jedenfalls eine leicht trennbare Öl-Wasser-Mischung sowie mitgerissene Feststoffe zu erhalten, die durch Befreien des Filters von Öl und Auswaschen der Feststoffe aus dem Filter zur Regenerierung des Filterbettes wiedergewonnen werden·

In der Zeichnung, in die eine Schwerkraftabscheidung mit aufgenommen wurde, ist als erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Abtrennung der Feststoffe, normalerweise der ölbenetzten Festkörper, aus einer Öl-Wasser-Mischung dargestellt. In dieser Filtrierstufe wird das Öl-Wasser-System durch einen Filter 10 geführt, der die im Öl-Wasser-System enthaltenen Feststoffe zurückhält. Das Filter 10 ist normalerweise mit Vorteil in einer Druckkammer 12 untergebracht, um einen beschleunigten Durchfluß des Öl-Wasser-Systems durch das Filter zu erreichen. Der beschleunigte Durchfluß ist bei modernen Verfahrensbedingungen besonders erwünscht, jedoch liegt selbstverständlich eine Schwerkraftabscheidung im Rahmen der Erfindung.

Der aus der Filtrierstuf· austretende Stoff ist entweder gereinigtes Wasser oder eine Mischung von Wasser und Öl, die sich schnell in eine Wasserphase und eine Ölphase im Abscheider 14 trennt. Reines Öl wird oben aus dem Abscheider und das Wasser wird aus dem unteren Teil des Abscheiders entnommen und direkt der biologischen Oxydation oder dem Abfluß zugeführt.

Das in der Filtrierstufe behandelte Öl-Wasser-System kann direkt aus jeder anderen Verfahrensstufe entnommen werden, beispielsweise als Petroleum-Raffinerieatrom, Öl-Reinigungsstrom, Gemüse- und Ölverarbeitungs-

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strom, Walzwerkstrom aus Stahlwalzwerken und ähnlichen Einrichtungen, bei denen mit Insbesondere ölbenetzten Feststoffpartikeln versetzte Öl-Wasser-Systeme anfallen. Die Feststoffe können ganz verschiedener Natur sein und von gewöhnlichen erdigen Rückständen bis zu selteneren Salzen, mitgerissenen Korrosionsbestandteilen und bei der Verarbeitung anfallenden Nebenprodukten reichen. Sie sind gewöhnlich ölbenetzt und verzögern die saubere Trennung des Öles vom Wasser. Um diese Behinderung zu beseitigen, werden sie gemäß der Erfindung durch Filtration entfernt und das Wasser in dem Öl-Wasser-System kann dann leicht zur erneuten Verwendung oder als Ausschuß ohne beängstigende Verunreinigung wiedergewonnen werden.

Wie angezeigt, ist entweder gereinigtes Wasser oder eine Öl-Wasser-Mischung frei von Feststoffen der Abfluß aus dieser Stufe. Wenn eine Mischung aus Öl und Wasser erhalten wird, wird sie sich in scharf definierte Wasser- und Ölschlchten trennen, da die die Abscheidung behindernden Feststoffe abgetrennt wurden·

Die Eigenschaften und die Natur des Filters 10 sind nicht besonders kritisch. Er besteht gewöhnlich aus Partikeln von einer Größe, die eine für das Zurückhalten von Feststoffpartikeln bestimmte Bettung ergeben, die Emulsionen zerlegt und öl zusammenfließen sowie Wasser mit oder ohne Öl durchfließen läßt. Für die meisten Öl-Wasser-Systerae 1st eine Filterbettung mit einer Teilchengröße von etwa 0,1 bis etwa 5 mm mittleren Durchmesser als dafür geeignet anzusehen, daß sie die im Arbeitsstrom enthaltenen Feststoffe im wesentlichen vollständig zurückhält. Für extrem feinkörnige Feststoffe im Arbeitsstrom können feiner·

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Filterbettungen verwendet werden. Die Korngröße des Filters kann in bequemer Weise variiert werden, indem Schichten mit zunehmender Korngröße aufgebaut werden, um in oder entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Öl-Wasser-Systems zunehmende Filtrierung vorzusehen·

Die Eigenschaften des Filterbettungsmaterials sind nicht besonders kritisch, es sollte der lösenden Wirkung des Öles und des bei der nachfolgenden Filterbett-Regenerierung verwendeten Extrahens' gegenüber resistent sein. Beispiele von Filtersubstanzen, die im Einklang mit der vorliegenden Erfindung Verwendung finden können, sind Sand, gekörnte oder Brechkohle, fein verteilte Polymer-Materialien, fein verteilter Kohlenstoff, etwa in Form von Koks, Glasbettungen, gesindertes Metall u.a. von einer Korngröße, die den Durchfluß von Wasser mit oder ohne Öl frei ermöglichen und den von Feststoffpartikeln in dem Öl-Wasser-System widerstehen. Die Verwendung von Sand oder eine Kombination aus Sand und gekörnter Kohle wird besonders bevorzugt für die Behandlung stark verunreinigter Systeme, da sie sich natürlicherweise in Kohle— und Sandschichten trennen wird, die eine Kombination aus Roh- und Feinfilter darstellen.

Es stellt sich natürlich eine gewisse Behinderung des Durchströmens ein, die mit der Mitführung der Fest- . stoffpartikel zunimmt. Es stellt sich daher eine Druckdifferenz zwischen Ausgangsdruck und Eingangsdruck ein. Bei einem neu gebildeten oder regenerierten Filterbett wurde beobachtet, daß ein wesentliches Zurückhalten der in dem Öl-Wasser-System enthaltenen Feststoffe bei einer Druckdifferenz über der Filterbettung

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erreicht werden kann, die etwa 0,07 atm (1 psig) beträgt bei einem Arbeitsdruck:, der zur Aufrechterhaltung des erwünschten Durchflusses angewandt werden muß und mit zunehmender Bettbelastung ansteigt. Bei einem wirkungsvollen Betrieb sollte der Durchsatz von Wasser bzw. Wasser und Öl im allgemeinen in der Größenordnung von 84 bis etwa 420 —r— pro Quadratmeter (2 - 10 gpm pro Quadratfuß) der Filterbettfläche liegen; bei Schwerkraft-Filtrierung beträgt der Durchsatz vorzugsweise 8.4 bis etwa 210 zrr? pro Quadratmeter (2 bis etwa 5 gpm pro Quadratfuß) der Filterbettfläche. ä

Der tatsächliche Betriebsdruck hängt von der Natur des verarbeiteten Öl-Wasser-Systems und besonders vom Endverbrauch des Wassers ab, da dies den unteren Netto-Betriebsdruck des Systems bestimmt. Wenn normalerweise der Druckabfall über dem Filter etwa 1,4 atm (20 psi) übersteigt, wurde beobachtet, daß die Bettung das Maximum an zurückgehaltenem Feststoff erreicht hat und regeneriert werden muß.

Bei der Öl-Lösungsstufe wird die Zugabe des Öl-Wasser-Systems unterbrochen, der freien Flüssigkeit Gelegenheit zum Ablaufen gegeben und dann das aufgefangene ( Öl aus dem Filter ohne die aufgefangenen Feststoffe auseinanderzureißen mit einem Ölentferner, normalerweise Dampf oder ein organisches Lösungsmittel, entfernt. Dies geschieht durch Verdoppeln des Durchsatzes des öligen Verarbeitungswassers. Wenn als bevorzugter Ölentferner Dampf verwendet wird, wird das öl ohne die aufgesammelten Feststoffe zu stören dadurch entfernt, daß mindestens teilweise die leichter flüchtigen öle im Dampfstrom destillieren und andererseits die Viskosität des Öles durch die Dampfbeheizung herabgesetzt

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wird, was das Öl flüssiger macht und die erwünschte Entfernung des Öles fördert. Die zurückbleibenden Feststoffe sind frei von Öl und mit Wasser benetzt. Die Dampfbehandlung wird vorzugsweise in einem Temperaturbereich von etwa 100° C bis 175° C bei so niedrigem Druck ausgeführt, wie er gerade noch verträglich ist.

Bei der Benutzung eines organischen Lösungsmittels für das Öl sollte es bei den aufgesammelten Feststoffen keine Lösungswirkung zeigen und einen genügend hohen Dampfdruck aufweisen, um die Filterbettung selbst vor der Entfernung der ölfreien Feststoffteile von Dämpfen freizubekommen. Als wirksames Lösungsmittel kommen normalerweise Petroleumdestillate, beispielsweise Petroleum-Naphtha, infrage, die das Öl ohne Beeinträchtigung der in dem Bett vorhandenen Feststoffe entfernt. Wie bei der Verwendung des Dampfes zur Ölentfernung wird auch das Öl-Lösungsmittel durch das , Filter in der gleichen Flugrichtung wie das ölige Wasser gegeben.

Wenn das Bett vom Öl befreit worden ist, werden die aufgefangenen, ölfreien Feststoffe durch Auswaschen mit Wasser entfernt. Dazu wird Wasser durch das Filter in entgegengesetzter Flußrichtung zu der des Öl-Wasser-Systems geleitet. Wie in der Zeichnung erläutert, is.t dieser aufwärts gerichtete Strom von einer Belüftung begleitet für den Augenblick, wenn das Öl-Wasser-System durch das Filterbett nach unten geleitet worden ist. Die Durchflußgeschwindigkeit des Wassers ist nicht besonders kritisch, aber sollte doch ausreichen, die Filterteilchen beweglich zu machen und von ihnen die

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ölfreien Feststoffteile zu lösen. Im allgemeinen kann die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers von 126 bis 630 pro Quadratmeter der Filterbettfläche variieren. Da es wichtig ist, das Filterbett gründlich zu reinigen, wird es während des Beflutens mit Wasser vorzugsweise mit Luft bewegt, und zwar entweder vor oder nach dem Rückwaschen. Die sich ergebende Mischung aus Waschwasser und Feststoffen sowie Luft, falls vorhanden, wird dann zu einem Absetzteich fortgeleitet, in welchem die Feststoffe durch Sedimentieren wiedergewonnen werden. Da kein Öl mehr vorhanden ist, findet eine saubere Sedimentierung statt. Nach dem Waschen ist das Filterbett für das erneute Filtern eines Öl-Wasser-Systems fertig vorbereitet.

Da die Folge aus Filtern, Dampfbehandlung und Waschen unzählige Male wiederholt werden kann, und da es weiterhin wünschenswert sein dürfte, den Filter kontinuierlich zu betreiben, werden vorteilhafterweise zwei oder mehrere Filter parallel eingesetzt, oder aber es können auch die Filter im Wechselbetrieb laufen, so daß in einigen Filtern die öligen Feststoffe vom öl-Wasser-Gemisch abgetrennt und andere Filter gleichzeitig regeneriert werden.

Das entweder direkt vom Filter oder nach nachfolgender Schwerefeld-Abscheidung wiedergewonnene Wasser wird . normalerweise dem System wieder zugeführt oder aber biologisch oxydiert in einem Becken, in dem die Oberfläche mit Luft behandelt wird, ehe das Wasser verworfen wird.

Selbstverständlich liegt es auch im Bereich der vorliegenden Erfindung, das Filtrieren öliger Feststoffe

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aus einem Öl-Wasser-System durch Hinzufügen von die Koagulation fördernden Stoffen zu dem Öl-Wasser-Sys tern zu fördern· Das Koagulieren unterstützende Substanzen sind solche, die für das Zusammenlagern der Ölteilchen und der öligen Peststoffe förderlich sind, und sind normalerweise Polyelektrolyte, etwa Acrylamid-Polymere. Da das Filter jedoch in erster Linie dem Zurückhalten der Feststoffe dient, ist die benötigte Menge an koagulierenden Hilfsstoffen wesentlich geringer als bei bekannten Anlagen. Die besonderen Vorteile, die sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anbieten, liegen in der Reinigung des Wassers durch Reduzieren des mitgerissenen Öles auf etwa 10 Teile pro Million oder weniger, und in der im wesentlichen vollständigen Abtrennung der Feststoffe. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht weiterhin die Herstellung von trockenem Öl, frei von Emulsionen, und die Herstellung von ölfreien Feststoffen, über die ohne weitere Verarbeitung verfügt werden kann. Weiterhin sind die Betriebskosten des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlich geringer als diejenigen bekannter Anordnungen.

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Es hat sich ergeben, daß bei der Benutzung von Sand als Filter und beim Filtrieren in abwärts gerichteter Richtung (wie in der Zeichnung dargestellt) sauberes Wasser mit einem Ölgehalt von weniger als 10 Teilen pro Million und im wesentlichen feststofffrei aus einer öligen Beschickung einer in hohem Maße verunreinigten Sole aus einem rohen Ölentsalzer im Dauerbetrieb erhalten wurde, wobei der Entsalzer ölige Kondensate aus einer Petroleumraffinerie enthielt.

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Das filtrierte Wasser konnte nach seiner biologischen Oxydation in einem oberflächig luftbehandelten Teich das Leben von Fischen ohne Schwierigkeit aufrechterhalten. Nach der Dampfbehandlung und dem Waschen des Filtersandes waren die gewonnenen Feststoffe im wesentlichen ölfrei und setzten sich in Wasser sehr schnell ab, so daß sie der Vernichtung ohne damit eine Verunreinigung herbeizuführen zugeführt werden konnten.

Öl und Feststoffpartikel, vor allem ölbenetzte Feststoffe enthaltendes Wasser wird in einem Filter, bei- λ spielsweise aus Sand, filtriert und die Feststoffe werden zurückgehalten, wodurch sich ein reines Wasser oder eine Mischung aus feststofffreiem Öl und Wasser ergibt, die sich sehr schnell durch Schwerefeld-Abscheidung abtrennen läßt. Das Filtermaterial wird periodisch regeneriert durch Dampfbehandlung, um das zurückgehaltene Öl zu entfernen, und dann gewaschen, um die ölfreien Feststoffe abzuführen.

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1.) Verfahren bei der Gewinnung sauberen Wassers aus einem Feststoffρartikel enthaltenden Öl-Wasser-Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in einem Kornfilter (10) filtriert wird, dessen Körnigkeit für das Zurückhalten der Feststoffpartikel und das Durchlaufenlassen von feststofffreiem Wasser oder feststofffreier Öl-Wasser-Mischung hinreichend fein ist; daß danach die zurückgehaltenen Feststoffe von Öl durch periodisches Herauslösen des Öles aus dem Filter befreit und danach aus dem Filter durch Waschen des Filters extrahiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feststofffreie Öl-Wasser-Gemisch nach dem Filtrieren in wesentlichen vollständig in Öl und Wasser getrennt wird. ^

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl-Wasser-Gemiach dem Filter in einer Geschwindigkeit von etwa 84 bis 420 —τ— pro

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Quadratmeter Filterflache zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl-Wasser-Gemisch d«i Filter von oben nach unten durchläuft.

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5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl aus dem Filter mit Dampf periodisch herausgelöst wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl aus dem Filter durch ein organisches Lösungsmittel periodisch herausgelöst wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, I dadurch gekennzeichnet, daß das Filter mit Wasser gegengewaschen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz des Waschwassers etwa 126 bis etwa 630 pro Quadratmeter Filterfläche beträgt.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenwaschen durch Belüftung unterstützt wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, i dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial Partikel einer mittleren Größe von etwa 0,1 bis 5 mm Durchmesser aufweist.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet, daß als Filtermaterial Sand und/oder Brechkohle verwendet werden.

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