DE19851611A1 - Vorrichtung zur Trennung von Wasser und Öl - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Trennung von wäßrigen und ölartigen Substanzen, welche Flüssigkeitsseparatormittel umfaßt.

Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine Separatoreinheit, die zum Einsatz in der Vorrichtung geeignet ist.

Eine solche Vorrichtung ist allgemein bekannt und wird unter anderem bei der Trennung von Wasser und Ölen angewandt, wie in Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugservice- und -wartungsstationen, in der Industrie, wie in Werkstätten im Zusammenhang mit Bohr- oder Schneideflüssigkeiten, in der petrochemischen Industrie, bei Öl-/Gas-Probe- oder -förderfeldern, an Bord von Ölbekämpfungsschiffen, bei der Reinigung von Öl-, Ballasttanks oder Lagertanks an Land oder an Bord von Öltankschiffen oder allgemein an Bord von Schiffen, U-Booten und dergleichen.

Abgesehen von den allgemeinen an solche Vorrichtungen zu stellenden Anforderungen wie Umweltanforderungen, Zuverlässigkeit, Preis, Installations- und Wartungskosten und dergleichen, gelten insbesondere bei der Anwendung an Bord von Schiffen zusätzliche Anforderungen in bezug auf den hohen Grad der erforderlichen kompakten Beschaffenheit, des niedrigen Eigengewichts, der manchmal extremen Temperaturen, des wenigen benötigten Services und der diesbezüglichen Wartungsgeräte, wie Druckluftgeräte, Reinigungsflüssigkeiten, Filter und dergleichen, sowie der Beständigkeit gegen die an Bord von Schiffen herrschenden rauheren Bedingungen als Folge von Schwankungen, Schwingungen und dergleichen, die die betriebliche Zuverlässigkeit der Vorrichtung nicht beeinträchtigen sollen.

Es hat sich herausgestellt, daß die bestehenden Vorrichtungen nicht in ausreichendem Maße und gleichzeitig die Skala der vorstehend dargelegten Anforderungen erfüllen.

Somit ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung und einer Separatoreinheit, die neben der Erfüllung der besagten Anforderungen auch noch in der Lage sind, ölartige und wäßrige Substanzen in, erwünschtenfalls sehr, weitgehendem Umfange voneinander zu trennen.

Zu diesem Zweck weist die erfindungsgemäße Vorrichtung das Kennzeichen auf, daß die Flüssigkeitsseparatormittel mehrere, gesonderte und aneinander angeschlossene Separatoreinheiten umfassen.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der, daß deren vorgeschlagener mehrstufiger/modularer Aufbau Möglichkeiten bietet, jede der einzelnen Separatoreinheiten optimal einzurichten und damit der für die jeweilige Separatoreinheit erwarteten Beschickung, der Art, dem Verhältnis zwischen den ölartigen und den wäßrigen zu trennenden Substanzen und der erforderlichen Ausgabe an getrennten Substanzen anzupassen.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Kennzeichen auf, daß jede der Separatoreinheiten einen Eingang für zu trennende Substanz und jedenfalls einen Ausgang für ölartige Substanz aufweist, und die Vorrichtung eine oder mehrere zwischen wenigstens einem Ausgang einer Separatoreinheit und wenigstens einem Eingang von wenigstens einer der vorherigen Separatoreinheiten geschaltete Rückkopplungen aufweist. Insbesondere ist die Vorrichtung eine zweistufig zurückgekoppelte Vorrichtung. Die Folge ist, daß die betriebliche Zuverlässigkeit und die Effektivität als Folge der angebrachten Rückkopplung verbessert sind. Außerdem macht es die erfindungsgemäße Vorrichtung kompakter und leichter, weil einfachere und weniger Abfuhrmittel ausreichen, die für die Abfuhr der ölartigen Substanz erforderlich sind.

Mit der in einer weiteren Ausführungsform, wie in Anspruch 4 umschrieben, erfolgten Anbringung eines Alarmmonitors wird erreicht, daß zum Beispiel an Bord von Schiffen nicht von Öl befreites Wasser über Bord gelassen zu werden braucht, das nicht den Umweltanforderungen entspricht und in dem noch zu viel Öl enthalten ist. In der Kombination mit dem Umschalter von Anspruch 5 wird sogar eine automatisierte und selbstregulierende Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung und der Separatoreinheiten sind in den weiteren Folgeansprüchen umschrieben.

Nunmehr wird die Erfindung zusammen mit den damit zusammenhängenden weiteren Vorteilen und an Hand der beiliegenden Zeichnung, in der übereinstimmende in den einzelnen Figuren angedeutete Teile mit demselben Bezugszeichen angedeutet sind, im einzelnen erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine mit mehreren Separatorstufen versehene zurückgekoppelte Vorrichtung zur Trennung von Flüssigkeiten, insbesondere wäßrige und ölartige Substanzen;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer möglichen Ausführungsform einer als Plattenseparator ausgeführten Separatoreinheit zum Einsatz in der Vorrichtung der Fig. 1;

Fig. 3 eine Frontansicht (in Richtung der Strömungsrichtung gesehen) des Plattenseparators von Fig. 2; und

Fig. 4 eine mögliche Ausführungsform einer anderen Ausführungsform einer zylindrisch ausgeführten Separatoreinheit zum Einsatz in der Vorrichtung der Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Trennen von insbesondere Wasser und Öl, zum Beispiel zur Anwendung an Bord von Schiffen. Die Vorrichtung 1 enthält Flüssigkeitsseparatormittel 2 in Form von in dem vorliegenden Fall zwei Separatoreinheiten 2-1 und 2-2, zwischen denen eine durch Steuerungsmittel 3 gesteuerte Pumpe 4 geschaltet ist. Die Pumpe 4 saugt ein Influent, Medium oder Gemisch, sogenanntes Bilgewasser an Bord eines Schiffs, das aus Öl und Wasser besteht, aus dem Behältnis L an. Über ein, wohl oder nicht geregeltes, Ventil 5 durchfließt das angesaugte Bilgewasser oder Influent einen Siebfilter 6 zum Herausfiltrieren grober Schmutzteilchen. Danach durchläuft es eine, noch im einzelnen zu erläuternde, als Plattenseparator 2-1 ausgeführte Separatoreinheit. Weiter in der vorliegenden Beschreibung wird auf die Erläuterung der dafür nicht primär bedeutungsvollen (Rückschlags-)Ventilen, Strömungsgeschwindigkeitsmeßgeräten und dergleichen verzichtet. In dem Plattenseparator 2-1 abgetrenntes Öl wird an dessen Oberseite in einen Ölbehälter 7 abgeführt, gegebenenfalls über ein Ventil 8 und eine Ölpumpe 9. Abgesehen von Bilgewasserausgängen im unteren Bereich des Plattenseparators 2-1 hat dieser einen an die Pumpe 4 angeschlossenen Ausgang 10 für das bereits in erheblichem Umfange von Öl befreite Gemisch. Über die Pumpe 4 gelangt das Medium unten in die zweite Separatoreinheit, wo das Medium einer zweiten Wasser-Öl-Trennung unterzogen wird. Die Separatoreinheit 2-2 weist wenigstens einen Ausgang A zur Schaffung eines weitgehend von Öl befreiten Effluents. Der Ausgang A ist an einen gegebenenfalls vorhandenen Alarmmonitor 11 angeschlossen, der an einem Signalausgang 12 einen Alarm auslösen kann, wenn die von dem Alarmmonitor 11 gemessene Ölkonzentration im Effluent zu hoch ist. Der Signalausgang 12 ist in der dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 1 an einen Umschalter 13 angeschlossen. In einer ersten Position des von dem Monitor 11 gesteuerten Umschalters 13 (nicht dargestellt), wenn die von dem Alarmmonitor 11 gemessenen Ölkonzentration unter einem bestimmten Grenzwert liegt, darf das weitgehend von Öl befreite Wasser über Bord abgelassen werden, während in einer zweiten Position (in der Fig. 1 dargestellt) des Umschalters 13, wenn die Ölkonzentration über diesem Grenzwert gelegen ist, dieses Wasser als Bilgewasser zurückgeführt wird und erneut dem Wasser-Öl-Trennverfahren unterzogen werden kann.

Gegebenenfalls hat die Separatoreinheit 2-2 für einen verbesserten Abtrennungsprozeß im oberen Bereich der Einheit 2-2 einen Öl-Ausgang 14, der über eine Rückkopplung 15 das in der zweiten Separatoreinheit 2-2 abgetrennte Öl in die erste Separatoreinheit 2-1 zurückführt. Die Rückkopplung 15 spart weiters eine zweite gesonderte Ölabfuhr aus mit, insbesondere einem wie an der Separatoreinheit 2-1 angeordneten voluminösen Ölsammler 16, einem Ölstandanzeiger 17, dem Ventil 8, der Ölpumpe 9 und einem zweiten Ölbehälter wie 7. Die Vorrichtung 1 wird dadurch kompakt, leichter im Gewicht und wird in der Praxis einfacher verstellbar und sogar transportabel, was die Anwendung, insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, an Bord von, eventuell, kleinen Schiffen vorteilhaft ermöglicht. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Separatoreinheiten hintereinander, gegebenenfalls parallel zueinander geschaltet werden, wohl oder nicht mit einer oder mehreren Rückkopplungen an die unmittelbar vorgeschaltete oder an eine oder mehrere der vorgeschalteten Separatoreinheiten. Bei ein kontinuierlich ausreichendem Gemischfluß durch die Rückkopplung(en), wie 15, hat sich herausgestellt, daß die Ölkonzentration im Effluent am niedrigsten ist.

Die Fig. 2 zeigt eine Zeichnung einer Seitenansicht des Plattenseparators 2-1, von dem die Fig. 3 die Frontansicht zeigt. Der dargestellte Plattenseparator 2-2 enthält ein Plattenpaket 18, kann jedoch in einer alternativen Ausführungsform erwünschtenfalls mehrere Plattenpakete enthalten. Das Plattenpaket 18 ist mit gegenseitig nicht jeweils in gleichen Abständen gelegenen und unter gewissen Winkeln relativ zueinander angeordneten Wellplatten 19 versehen. Die gewellte Beschaffenheit jeder der Platten 19 ist mit einer unterbrochenen Linie (siehe Fig. 2) dargestellt, während nach hinten in der Ebene der Fig. 2 die Platten 19 zunächst zu Gipfeln 20 hinaufgehen (siehe auch Fig. 3) und weiter nach hinten gesehen in der Fig. 2 wieder hinabgehen, wie auch die Fig. 3 zeigt. In den Gipfeln jeder der gewellten Platten 19 befinden sich einander folgende oftmals übereinander gelegene Öldurchfuhrlöcher 21, um Ölteilchen in dem Wasser-Öl-Gemisch durch die Öldurchfuhrlöcher 21 hindurch in dem von Öl zu befreienden Gemisch hinaufbewegen zu lassen. Die Wirkung des Plattenseparators 2-1 basiert auf Koaleszenz, worunter das Phänomen verstanden wird, bei dem häufig sehr kleine Teilchen, in diesem Falle Ölteilchen, die Gelegenheit erhalten, sich zu größeren Ölteilchen zusammenzufügen. Diese Gelegenheit entsteht, indem dem Gemisch, das vorzugsweise, gegebenenfalls nahezu, laminar entlang und zwischen den ölhaftenden Eigenschaften aufweisend Platten 19 hindurchfließt, die Zeit und die optimale Gelegenheit geboten wird, an den Unterseiten der Platten 19 zu kleben, um anwachsen zu können, damit die sehr kleinen Ölteilchen sich zu größeren Ölteilchen vereinen können, als Folge von zwischen den Platten 19 erzeugten Geschwindigkeitsunterschieden, die Überhol- und Kollisionseffekte zwischen den Ölteilchen untereinander auslösen können. Die eine größere Aufwärtskraft aufweisenden gesammelten größeren Ölteilchen steigen schneller zwischen den gewellten Platten 19 und werden dadurch schneller eingefangen, was zur Folge hat, daß die Effektivität der Vorrichtung 1 verbessert ist.

Im oberen Bereich des Plattenseparators 2-1 befindet sich ein sich bis jedenfalls teilweise oben über und in diesem Falle zwischen den Plattenpaketen 18 erstreckender Einlaßmanifold 22. Das Ende des Einlaßmanifolds 22 weist einen Abschluß 23 auf, an den das aus dem Siebfilter 6 angeführte Gemisch anstößt und somit die Richtung ändert. Die größeren Ölteilchen in dem Influent in dem Einlaßmanifold 22 können nach der Einfuhr unmittelbar, über den an seiner Oberseite offenen Teil des Einlaßmanifolds 22 nach oben hin zum Ölsammler 16 entweichen, wodurch diese größeren Ölteilchen das Sammeln kleinerer Ölteilchen das Sammeln kleinerer Ölteilchen durch und zwischen den Platten nicht negativ beeinflussen, was zur Folge hat, daß die abtrennende Wirkung verbessert ist. Sogar kann dadurch eine 100%ige Ölzufuhr verarbeitet werden, da dieses Öl unmittelbar zum Ölsammler 16 fließt.

Bei einer bevorzugten Laminarströmung zwischen den Platten 19 bei einem Reynoldswert zwischen etwa 60 und etwa 100 werden die Ölteilchen, die größer als 20 Mikron sind, durch die Wirkung der Platten optimal abgetrennt. Durch insbesondere die Wellen- und in einer Ansicht des Plattenpakets umgekehrte V-Form der Platten 19, die verursachten Geschwindigkeitsunterschiede zwischen Teilen des Gemisches zwischen den Platten und die Laminarströmung und die Geschwindigkeit des Gemisches dazwischen erhalten die Teilchen, die kleiner als 20 Mikron sind, die Gelegenheit, mittels dieser gegenseitigen Kollisionen zusammen größere Teilchen zu bilden, die leicht und rasch über die Öldurchfuhrlöcher 21 zum Ölsammler 16 hin bewegen können.

Der Plattenseparator 2-1 hat einen Auslaßmanifold 24, der mit Löchern 25 versehen ist. Die Löcher 25 sind vorzugsweise an der dargestellten Stromabwärtsseite angebracht, wodurch die Weglänge und die Verweilzeit des Gemisches in dem Plattenseparator 2-1 zunimmt und die Strömung zum Auslaßmanifold 24 hin gleichmäßiger wird und dadurch mehr Ölteilchen die Gelegenheit erhalten, zum Ölsammler 16 hin zu entweichen. Gegebenenfalls sind zwischen dem Plattenpaket beziehungsweise den Plattenpaketen 18 und dem Auslaßmanifold 24 Filtriermittel 26 angebracht. Wenn die Filtriermittel mit Öl getränkten Filtriermittel, insbesondere non-woven, oftmals faserige, Filtriermittel 26 sind, wird noch eine bessere absondernde Wirkung realisiert. Trotzdem brauchen solche Filtriermittel nicht regelmäßig ausgewechselt zu werden, weil deren Wirkung nun gerade darauf basiert, daß diese Filtriermittel mit Öl getränkt sind. Eine nachhaltige gute Wirkung ist dadurch erhalten, wobei weiters anzumerken ist, daß die Vorrichtung 1 insgesamt, abgesehen von der Pumpe und einigen Ventilen, keine beweglichen und häufig regelmäßige Wartung erfordernden Teile aufweist, während es außerdem in der Praxis öfters anfallende Beigeben von oft zusätzlich umweltbelastenden Chemikalien zum Öl-Wasser-Gemisch unterbleiben kann.

Die Fig. 4 zeigt eine mögliche Ausführungsform der zylindrischen Separatoreinheit 2-2 zur weiteren Abtrennung von Öl/Emulsionen. Die Separatoreinheit 2-2 enthält zylindrische Filtriermittel 27, einen innerhalb der Filtriermittel 27 angeordneten, sich in der Längsrichtung erstreckenden, mit Perforierungen versehenen an die Pumpe 4 angeschlossenen Einlaßmanifold 28, einen außerhalb und über den Filtriermitteln 27 angeordneten Ölauslaß 29, der an die Rückkopplung 15 angeschlossen ist, und den an den Ölmonitor 11 angeschlossenen Effluent-Ausgang A. Das von Öl zu befreiende Gemisch fließt somit von innen über die Perforierungen in dem Einlaßmanifold 28 und über die Filtriermittel 27 hinaus, wodurch sich zurückbleibende oftmals sehr kleine Ölteilchen in dem Filtriermaterial der Filtriermittel 27 heften. Die Perforierungen sind einheitlich auf die Fläche des Einlaßmanifolds 28 verteilt angebracht und deren Abmessung ist so, daß Druckaufbau, Verteilung und Verweildauer des Mediums in der Separatoreinheit 2-2 die gewünschte Wirkung erzielen lassen. Vorzugsweise sind die Filtriermittel 27 als Koaleszenzfilter ausgeführt, wie vorstehend in bezug auf die Filtriermittel 26 angegeben ist. Wenn die Kombination jedes der vorstehend beschriebenen Teile zu einer Vorrichtung 1 zusammengebaut wird, kann in der Praxis sogar weitaus weniger als 5 ppm Ölkonzentrat in dem Effluent zurückbleiben. Unten in der Separatoreinheit 2-2 befindet sich eine konzentrische mit dem Ausgang A verbundene Auslaßkammer 21, in der Absorptionsfiltermittel enthalten sind. Eine solche Auslaßkammer 31 ist normalerweise erforderlich, um ein gutes Strömungsprofil in der Separatoreinheit 2-2 zu realisieren, wird jedoch nunmehr ebenfalls dazu verwendet, die Absorptionsfiltermittel darin aufzunehmen, damit die letzten Ölrückstände in der kompakten Vorrichtung 1 entfernt werden.

Vorzugsweise ist in der (den) Rückkopplung(en) 15 (siehe Fig. 1) eine Meßflanschkombination 30 enthalten, um die Möglichkeit zu haben, die Durchflußmenge und die Durchflußgeschwindigkeit des durch die Rückkopplung 15 zurückgeführten Mediums beeinflussen und optimieren zu können. Weiter ist eine optische Anzeige in der Meßflanschkombination 30 angeordnet, um visuell überprüfen zu können, ob das Medium in ausreichendem Maße zurückfließt und die Rückkopplung 15 nicht verstopft ist.

Claims (19)

1. Vorrichtung zur Trennung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Trennung von wäßrigen und ölartigen Substanzen, welche Flüssigkeitsseparatormittel umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsseparatormittel mehrere, gesonderte und aneinander angeschlossene Separatoreinheiten umfassen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Separatoreinheiten einen Eingang für zu trennende Substanz und jedenfalls einen Ausgang für ölartige Substanz aufweist, und die Vorrichtung eine oder mehrere zwischen wenigstens einem Ausgang einer Separatoreinheit und wenigstens einem Eingang von wenigstens einer der vorherigen Separatoreinheiten geschaltete Rückkopplungen aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zwei aneinander angeschlossene Separatoreinheiten und eine Rückkopplung enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen an einen Ausgang für wäßrige Substanz einer letzten Separatoreinheit angeschlossenen Alarmmonitor aufweist, der, wenn die Konzentration des Öls in dem Ausgang für wäßrige Substanz einen bestimmten Grenzwert überschreitet, an einem Signalausgang des Alarmmonitors ein Alarmsignal auslöst.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen an einen Ausgang für wäßrige Substanz einer letzten Separatoreinheit angeschlossenen Umschalter aufweist, welcher Umschalter mit einem an den Signalausgang des Alarmmonitors angeschlossenen Schalteingang versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Separatoreinheiten ein mit wenigstens einem Plattenpaket versehener Plattenseparator ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Plattenpaket mit nahezu parallel zueinander, im gegenseitigen Abstand gelegene und unter gewissen Winkeln zueinander angeordneten gewellten Platten versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gipfeln der gewellten Platten Öldurchfuhrlöcher angebracht sind, um Ölteilchen in der Substanz durch die Öldurchfuhrlöcher hindurch in der Substanz hinaufbewegen zu lassen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenseparator mit wenigstens einem sich bis jedenfalls teilweise oben über das wenigstens eine Plattenpaket hinausragenden Einlaßmanifold versehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenseparator mit einem Auslaß versehen ist und daß zwischen dem Plattenpaket und dem Auslaß Filtriermittel angebracht sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtriermittel mit Öl getränkte Filtriermittel, insbesondere non-woven Filtriermittel sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-11, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenseparator mit einem wenigstens zum Teil entlang dem Plattenpaket beziehungsweise entlang den Filtriermitteln verlaufenden Auslaßmanifold versehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßmanifold mit Perforierungen versehen ist, der insbesondere, jedenfalls zum Teil so viel wie möglich stromabwärts gelegen sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigsten eine andere Separatoreinheit mit zylindrisch geformten Filtriermitteln, einem innerhalb der Filtriermittel angeordneten Einlaßmanifold und einem außerhalb und über den Filtriermitteln angeordneten Auslaßmanifold versehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Separatoreinheit mit einer Auslaßkammer versehen ist, in der Absorptionsfiltriermittel enthalten sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zwischen den Separatoreinheiten geschaltete Pumpmittel und Steuerungsmittel aufweist, wobei die Steuerungsmittel die Pumpmittel so regeln, daß in jedem der Separatormittel eine Laminarströmung aufrechterhalten wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpmittel so geregelt werden, daß diese eine Laminarströmung bei einem Reynoldswert zwischen etwa 60 und etwa 100 realisieren.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen in der Rückkopplung geschalteten Meßflansch aufweist, um die Geschwindigkeit und/oder die Menge des zurückgeführten Mediums zu messen.

19. Separatoreinheiten, jeweils geeignet für die Anwendung in der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-18.