DE19940684A1

DE19940684A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von elementarem Quecksilber aus den bei der Erdgasgewinnung anfallenden Betriebsrückständen

Info

Publication number: DE19940684A1
Application number: DE1999140684
Authority: DE
Inventors: Dieter Dierkes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2001-03-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von elementarem Quecksilber aus den bei der Erdgasgewinnung anfallenden Betriebsrückständen, das durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist: DOLLAR A a) Aufgeben und Abteilen von elementarem Quecksilber und Fremdmaterialien aus den Betriebsrückständen in einem Vorabschneider, DOLLAR A b) Resuspendieren der Betriebsrückstände aus dem Vorabschneider durch Lösemittel zum Abtrennen von Inhibitorresten vom Quecksilber sowie Sammeln und Abtrennen von weiterem elementarem Quecksilber, DOLLAR A c) Klassierung von feinen Feststoffen und groben Feststoffen inklusive Quecksilber aus der in Schritt b) erhaltenen Resuspension, DOLLAR A d) Prüfen der im Schritt c) gewonnenen feinen Feststoffe auf Quecksilberfreiheit und Sammeln der Feststoffe, gegebenenfalls Rückführung der feinen Feststoffe in den Verfahrensschritt b), falls die Feststoffe nicht quecksilberfrei sind, DOLLAR A e) Trennen des restlichen Quecksilbers von den groben Feststoffen und Sammeln des Quecksilbers durch Zentrifugieren, DOLLAR A f) grobe und feine radioaktive Feststoffe sammeln, DOLLAR A g) Rückführung von inhibitorungesättigten Lösemitteln in den Prozeß bis zu deren Sättigung und Entsorgung von inhibitorgesättigten Lösungsmitteln.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Abtrennen von elementarem Quecksilber aus den bei der Erdgasgewinnung anfallenden Betriebsrückständen.

Bei der Erdgasgewinnung werden Stoffgemische mitgeför dert, die u. a. als Nebenprodukte radioaktives Material und Quecksilber aufweisen. Die Stoffgemische werden als sogenann te Betriebsrückstände obertägig aus Gasproduktionsanlagen ge borgen und im GGVS- und anderen Behältnissen gesammelt. Die Nebenprodukte sind in unterschiedlichen Anteilen in benzol haltige Kohlenwasserstoffe und zähviskose Korrosionsinhibi torreste eingebunden. Die bisherige Entsorgung erfolgte durch Vermischen mit Zement und Einbringen in zu verfüllende Boh rungen; diese Art der Entsorgung hat sich als ungeeignet er wiesen.

Die Materialien der Stoffgemische fallen in unterschied licher inhomogener Zusammensetzung an und enthalten folgende Bestandteile:

- Selbsttätig abtrennendes salzhaltiges Lagerstätten wasser
- Flüssige benzolhaltige Kohlenwasserstoffe
- Zähviskose Inhibitorenreste
- Lagerstättenmineralien aus Quarz, Feldspate, Tone
- Salze der Erdalkalien (aus dem Lagerstättenwasser), wie Kalzium, Magnesium, Barium, Strontium als Karbo nate und Sulfate sowie Korrosionsprodukte Eisenoxide, geringe Mengen Blei und deren Verbindungen
- Unregelmäßige Anteile fester Bohrspülungs- und Fracbehandlungsreste (Propants)
- Metallisches, flüssiges Quecksilber in unterschiedli cher Tropfengröße
- Radioaktive Stoffe im Gemisch mit den Lagerstättenmi neralien.

Das Stoffgemisch ist überwiegend ein grau-schwarzer, sandiger, zähviskoser bis pastöser Schlamm mit aromatisch aminartigem Geruch.

Bei längeren Standzeiten, wechselnden Temperaturen oder durch Transporte sind weitere Veränderungen der Konsistenz durch Verdichtung mit einhergehender Separierung von Queck silber und Flüssigkeiten möglich. Bei mikroskopischer Be trachtung sind neben mineralischen Feststoffen metallische Quecksilberkügelchen in einem Ölfilm eingebettet zuerkennen. Feinste Quecksilberkügelchen wurden an magnetischen Werk stoffresten angereichert aufgefunden.

Zwischen Quecksilber und Mineralien besteht keine Affi nität. Im Gegensatz dazu ist eine intensive Haftung von Inhi bitorresten zum metallischen Quecksilber durch dünnwandige Umhüllung der einzelnen Kügelchen zu erkennen, wodurch ein globales Zusammenfügen verhindert wird.

Die Verteilung der organischen und anorganischen Be standteile wurde mit ca. 35 bis 65 Gewichtsanteilen ermit telt, wobei die gröberen quarzitischen Mineralien zu ca. 30 Gewichtsanteilen beteiligt waren. Elementares Quecksilber lag in den untersuchten Proben mit ca. einem Gewichtsprozent vor, kann aber mit 10 und mehr Gewichtsprozenten enthalten sein.

Für den menschlichen Organismus sind radioaktive Strah lung und Quecksilberdämpfe hochgradig gesundheitsschädlich und nicht wahrnehmbar. Nur die elementare Erscheinungsform des Quecksilbers ist sichtbar. Benzoldämpfe bilden typisch aromatischen Geruch. Für diese langzeitwirkenden Gifte sind ausschließlich vorsorgende Schutzmaßnahmen von der Bergung, dem Transport und der Bearbeitung bis zur Entsorgung einzu setzen. Verordnungen regeln den Umgang mit den erwähnten Stoffgemischen hinsichtlich Gesundheits- und Umweltsicher heit.

Quecksilber ist unter Normalbedingungen ein flüssiges Metall, welches sich durch geringe mechanische Einflüsse in variabler Kügelchenform aufteilt. Quecksilber siedet bei ca. 360°C und besitzt als Metall einen hohen Dampfdruck, dessen Gaszustand atomar ist. Zur Vermeidung von Verdampfun gen schon um 20°C sind Lagerung und Umgang unter Flüssigkeit (Wasser, Öle) durchzuführen. Aufgrund der hohen Giftigkeit wird eine Arbeitserlaubnis durch den MAK-Wert von 0,01 ppm (0,1 mg/m³) Hg im atmosphärischen Umfeld begrenzt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrennen von elemen tarem Quecksilber aus den bei der Erdgasgewinnung anfallenden Betriebsrückständen anzugeben, um so die verbleibenden Rest stoffe unter Vermeidung von Umweltbelastungen entsorgen zu können.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Ansprüchen 1 und 4 gelöst. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprü chen angegeben.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist elementa res Quecksilber weitestgehend aus den bei der Erdgasgewinnung anfallenden Betriebsrückständen separierbar, so daß die ver bleibenden Reststoffe quecksilberfrei entsorgt werden können. Als quecksilberfrei ist z. Zt. innerhalb der WEG-Richtlinien ein Restgehalt an elementarem Quecksilber von 10 mg/kg fest gelegt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abtren nung von Quecksilber aus den bei der Erdgasge winnung anfallenden Betriebsrückständen,

Fig. 2 den schematischen Aufbau einer bei dem erfin dungsgemäßen Verfahren eingesetzten Zentrifuge zur Trennung von Quecksilber und Mineralien im Schnitt und

Fig. 3 die Zentrifuge nach Fig. 2 in einer Vorderan sicht.

Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 2 zum Abtrennen von elementarem Quecksilber aus den bei der Erdgasgewinnung an fallenden Betriebsrückständen. Die Vorrichtung 2 weist einen Vorabscheider 4 auf, in den die Betriebsrückstände über einen Einfüllstutzen 6 unter Lösemitteleinsatz (Behältnisreinigung) eingegeben werden, beispielsweise als Schlamm- oder Schüttgut (nicht dargestellt). Der Vorabscheider 4 weist ein oberes Ge häuseteil 8, in den der Einfüllstutzen 6 mündet und in dem sich Gitterroste 7 oder stabförmige Einbauten zur Rückhaltung von Fremdmaterialien befinden, und ein unteres Gehäuseteil 10 auf. Ein unter dem Gehäuseteil 10 angeordnetes verjüngtes Ge häuseteil 21 dient als Sammelfalle für Quecksilber, das mit einer Zellenradschleuse 19 abgezogen wird. Im Bereich des Überganges vom oberen Gehäuseteil 8 zum unteren Gehäuseteil 10 ist eine aus dem Vorabscheider 4 herausgeführte Schnecken fördereinrichtung 20 angeordnet, die die quecksilberreduzier ten Betriebsrückstände durch eine Leitung 22 zu einem Resus pensionsmischer 24 führt, in dem die Betriebsrückstände mit der fünf- bis achtfachen Menge an Lösemittel gemischt werden. Bei diesem Resuspensionsvorgang ist eine völlige Auflösung des Inhibitors zu erreichen. Aglomeriertes Quecksilber wird über eine Ableitung 25 abgeführt. An dem Mischer 24 ist über einen Regelschieber 26 o.ä. ein Zyklonseparator 28 ange schlossen, welcher ein Rührwerk 30 zur Zirkulation und Ent mischung der Betriebsrückstände aufweist.

Der Zyklonseparator 28 weist einen Überlauf 32 auf, über den Lösemittel mit feinen Feststoffen abgeleitet und in eine Zentrifuge 34 gegeben wird, in dem der Feinstfeststoff abge trennt wird. Der Feinstfeststoff wird auf Quecksilberfreiheit überprüft und gesammelt. Sollte der Feinstfeststoff nicht quecksilberfrei sein, wird er in den Prozeß in den Mischer 24 zurückgeführt. Inhibitorungesättigtes Lösungsmittel wird wie derverwendet und je nach Bedarf dem Vorabscheider 4 oder Mi scher 24 zugeführt. Inhibitorgesättigtes Lösemittel wird ent sorgt.

Aus dem Zyklonunterlauf 36 werden Quecksilber- und grobe Mineralien über einen Regelschieber 38 entnommen und in eine Zentrifuge 40 eingeschleust, in der eine kontinuierliche Auf trennung in Quecksilber und Mineralien erfolgt. Eine Verbes serung der Trennung Hg/Inhibitor ist durch Ultraschallbehand lung möglich.

Die Fig. 2 und 3 zeigen ein Schema der Zentrifuge 40. Die Zentrifuge 40 weist eine etwa kegelstumpfförmige Trommel 42 auf, die auf dem Innenumfang mit in axialer Richtung ver laufenden Kanälen 44 ausgestattet ist. Infolge der großen Dichteunterschiede zwischen dem Lösemittel (spezifisches Ge wicht ca. 0,9-1,0), den mineralischen Feststoffen (spezifi sches Gewicht ca. 2,7) und Quecksilber (spezifisches Gewicht ca. 13,6) sammelt sich unter dem Einfluß geeignet ausgewähl ter Zentrifugalkraft Quecksilber in den Kanälen an. Das Quecksilber fließt in den Kanälen in Richtung größer werden den Trommeldurchmessers und tritt am Ende aus den Kanälen tangential aus. Feststoff und Lösemittel verbleiben oberhalb der Kanäle und trennen sich ebenfalls. Während der Feststoff mit einer axial angepaßten Förderschnecke 46 in Richtung kleiner werdendem Trommeldurchmesser transportiert und am Trommelende (entgegengesetzt dem Quecksilber) tangential aus tritt, wird das verbliebene Lösemittel über ein Wehr queck silberseitig abgeführt.

Die Wirkungsweise der Lösemittel bzw. die Effektivität der Waschvorgänge ist von der Inhibitormenge abhängig und wird durch eine hohe Lösemittelvorlage erreicht. Es können wässrige Tensidlösemittel, ölbasische Lösemittel, alipha tisch/aromatische, biologische Lösemittel und deren Gemische eingesetzt werden. Ölbasische Lösemittel bewirken eine Auflö sung der Inhibitoren. Tensidlösemittel binden den Inhibitor in einer Emulsion. Die Bildung von Quecksilberkügelchen mit inhibitorfreier Oberfläche wird am besten durch aromatische Lösemittel, biologische Ester oder deren Gemische erreicht. Die Korngröße der Feststoffe reicht von 1 µ bis 3 mm.

Der mittlere Feinheitsgrad um 30 µ behindert die Separation der feineren Quecksilberkügelchen. Eine Separartion von Quecksilber und der groberen mineralischen Feststoffe wird durch moderate Bewegungsenergie mittels Rührwerk begünstigt, so daß leichtere insbesondere Feinstfeststoffe gegenüber den groberen zeitlich länger im Lösemittel schweben und ausgetra gen werden. Quecksilber als spezifisch schwerstes Material sedimentiert dadurch möglichst ungehindert. Bei Erreichen ei ner bestimmten Kugelgröße, während der jeweiligen Bearbei tungsschritte, sedimentiert Quecksilber nicht steuerbar. Um das sedimentierende Quecksilber optimal abtrennen zu können, sind bei den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten die er wähnten Sammelfallen mit Ablaßmöglichkeiten vorgesehen.

Claims

1. Verfahren zur Abtrennung von elementarem Quecksilber aus den bei der Erdgasgewinnung anfallenden Betriebsrück ständen gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschrit te:

a) Aufgeben und Abteilen von elementarem Quecksilber und Fremdmaterialien aus den Betriebsrückständen in einem Vorabscheider,
b) Resuspendieren der Betriebsrückstände aus dem Vorabscheider durch Lösemittel zum Abtrennen von Inhibitorresten vom Quecksilber sowie Sammeln und Abtrennen von weiterem elementarem Quecksilber,
c) Klassierung von feinen Feststoffen und groben Fest stoffen inklusive Quecksilber aus der in Schritt b) erhaltenen Resuspension,
d) Prüfen der im Schritt c) gewonnen feinen Feststoffe auf Quecksilberfreiheit und Sammeln der Feststoffe, gegebenenfalls Rückführung der feinen Feststoffe in den Verfahrensschritt b), falls die Feststoffe nicht quecksilberfrei sind,
e) Trennen des restlichen Quecksilbers von den groben Feststoffen und Sammeln des Quecksilbers durch Zen trifugieren,
f) grobe und feine radioaktive Feststoffe sammeln,
g) Rückführung von inhibitorungesättigten Lösemitteln in den Prozeß bis zu deren Sättigung und
h) Entsorgung von inhibitorgesättigten Lösungsmitteln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösemittel wässrige Tensidlösemittel, ölbasische Lö semittel, aliphatische/aromatische oder biologische Lö semittel und/oder deren Gemische verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösemittel im Überschuß eingesetzt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

- einen Vorabscheider (4), in den die Betriebsrück stände zum Teil unter Lösemitteleinsatz (Behälter reinigung) eingegeben werden, der gitter- oder stabförmige Rückhalteeinrichtung (7) für Fremdmate rialien enthält, und der eine Sammeleinrichtung für freies Quecksilber und eine Austragsvorrichtung (10) zum Weitertransport der Betriebsrückstände aufweist,
- eine Mischeinrichtung (24) zum Resuspendieren der aus dem Vorabscheider (4) zugeführten Betriebsrück stände mit einem Lösemittel,
- einen ein Rührwerk (30) aufweisenden und an der Mischeinrichtung (24) angeschlossenen Zyklonsepara tor (28), der einen Überlauf (32) zum Abtrennen von Lösemittel und feinen Feststoffen aus der Suspensi an der Mischeinrichtung (24) aufweist,
- eine erste an den Überlauf (32) des Zyklonsepara tors (28) angeschlossene Zentrifuge (34) zum Ab trennen der Feinststoffe aus dem Lösemittel und
- eine zweite an den Unterlauf (36) des Zyklonsepara tors (28) angeschlossene Zentrifuge (40) zum Tren nen von groben Feststoffen, verbliebenem Lösemittel und Quecksilber.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem oberen Gehäuseteil (8) des Vorabscheiders (4) die gitterost- oder stabförmigen Rückhalteeinrichtungen (7) zur Rückhaltung von Fremdmaterialien angeordnet sind, ein unteres Gehäuseteil (21) als Sammelfalle für Quecksilber ausgebildet ist und der Ausgang des Materi alstromes der als Förderschnecke ausgebildeten Austrags vorrichtung (10) oberhalb der Sammelfalle angeordnet ist, wobei Betriebsrückstände unter Lösemitteleinsatz zur Behältnisreinigung eingebracht werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerk (30) des Zyklonseparators (28) steuerbar ausgebildet ist, derart, daß durch moderate Rührge schwindigkeit feine Feststoffe durch das Lösemittel im Überlauf und grobe Feststoffe mit Quecksilber im Unter lauf ausgetragen werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zentrifuge (40) eine kegelstumpfförmige Trom meln (42) aufweist, in der eine zum verjüngten Ende der Trommel hinfördernde Schneckenfördereinrichtung (46) für die Feststoffe angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Innenumfang der Trommel (42) der Zentrifuge (40) axial verlaufende Kanäle (44) zum Sammeln des Quecksil bers ausgebildet sind, das durch Zentrifugalkräfte in den Kanälen zum Ende der Trommel mit dem größeren Durch messer fließt.