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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufarbeiten von PCB- und/oder PAK-haltigem Öl, bei welcher das Öl einem Einrohr-Reaktor zugeführt wird, in dem es in einem kontinuierlichen Prozess verdampft, und das verdampfte Öl nach Verlassen des Einrohr-Reaktors wenigstens einem Zyklonabscheider zugeführt wird, in dem die höhersiedenden Stoffe und die Feststoffe von dem verdampften Öl abgetrennt werden. Auch wird ein Verfahren zum Aufarbeiten von PCB- und/oder PAK-haltigem Öl beschrieben.
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Es ist bekannt, dass Altöl zur Entlastung der Umwelt aufgearbeitet werden muss. Die
DE 10 2014 118 486 A1 beschreibt ein Verfahren zum Aufbereiten von Altöl, bei welchem das Altöl einem Einrohr-Reaktor und anschließend wenigstens einem Zyklonabscheider zugeführt wird, um verschiedene Fraktionen abzutrennen. Dem Altöl werden dabei vor dem Eintritt in den Einrohr-Reaktor Natriumhydroxid (NaOH) oder Kaliumhydroxid (KOH) zur Bindung von unerwünschten Esterverbindungen zugeführt. Mit diesem Verfahren können Motoröle oder Schmieröle gut aufgearbeitet werden. Das aufgearbeitete Öl weist dabei eine hohe Reinheit auf und ist insbesondere frei von den unerwünschten Esterverbindungen.
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Es sind aber auch Altöle bekannt, die hochgiftige oder krebserregende Schadstoffe enthalten. So sind in Transformatorenölen, Kondensatorölen oder Hydraulikölen häufig polychlorierte Biphenyle (PCB) enthalten, die sehr giftig sind. In Pyrolyseölen sind polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) vorhanden, die als karzinogen gelten. Aber auch solche Altöle sollen der Wiederverwendung zugeführt werden können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Aufarbeiten von PCB-und/oder PAK-haltigem Öl bereitzustellen, mit dem ein weiterverwendbares im wesentlichen schadstofffreies oder zumindest schadstoffreduziertes Öl hergestellt werden kann.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass dem zu behandelnden und PCB und/oder PAK-haltigem Öl vor dem oder im Laufe des Einrohr-Reaktors in der flüssigen Phase des Öls oder in der Übergangsphase des Öls zwischen flüssig und gasförmig metallisches Natrium zugeführt wird. Metallisches Natrium ist sehr reaktionsfreudig und geht mit den polychlorierten Biphenylen oder den polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen Verbindungen ein, die im Zyklonabscheider abgetrennt werden können.
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Es hat sich gezeigt, dass durch das Natrium die Ringverbindungen der polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe aufgespalten werden. Es entstehen ungefährliche oder unbedenkliche Kohlenwasserstoffketten. Weiterhin entstehen im Reaktor aus den polychlorierten Biphenylen zunächst freies Chlor, das sich mit dem Natrium zu unschädlichem NaCl verbindet.
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Diese Reaktionen werden durch die Zustände im Einrohr-Reaktor unterstützt beziehungsweise erst ermöglicht. Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit, die bis zur dreifachen Schallgeschwindigkeit reichen kann, entsteht ein Unterdruck von etwa 20 mbar bis 200 mbar. Zudem herrschen Temperaturen von bis zu 380°C. Weiterhin wird durch die Wandreibung im Einrohr-Reaktor eine sehr hohe Turbulenz erzeugt. Durch die Länge des Einrohr-Reaktors und die dadurch bewirkte relativ lange Verweildauer des zu behandelnden Altöls im Reaktor gelingt es, die oben erwähnten Reaktionen in der gewünschten Weise ablaufen zu lassen.
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Weiterhin können dem zu behandelnden Altöl vor dem Einrohrreaktor weitere Zusatzstoffen zugegeben werden. Durch die Zugabe von KOH (Kaliumhydroxid) oder NaOH (Natriumhydroxid) werden beispielsweise unerwünschte Esterverbindungen abgespalten und gebunden.
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Die gasförmigen Reaktionsstoffe werden in einer thermischen Nachverarbeitung von dem gasförmigen Öl hinter dem Zyklonabscheider über eine Vakuumanlage abgetrennt und können einer weiteren Aufbereitung zugeführt werden. Die aufgrund der Reaktion mit den polychlorierten Biphenylen entstehenden Reaktionsprodukte werden am Feststoffausgang des Zyklonabscheiders abgezogen. Schwefelverbindungen können ebenfalls in der nachgeschalteten Aufbereitung mit NaHCO3 (Natriumhydrogencarbonat) aus dem verdampften Öl entfernt werden. Das verdampfte Öl ist nach dem Zyklonabscheider und der gegebenenfalls nachfolgenden Aufbereitung frei von diesen umweltschädlichen und gesundheitsschädlichen Schadstoffen.
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Ein Problem bei der Verwendung von metallischem Natrium ist darin zu sehen, dass dieses an Luft sehr schnell oxidiert. Es ist daher weiterhin vorgesehen, dass das metallische Natrium in Öl dispergierter Form zugeführt wird. Das Natrium kann dabei in Paraffinöl oder in Petroleum dispergiert sein. In diesem Zustand ist es ohne Weiteres mit dem noch flüssigen zu behandelnden Öl zu Beginn des Einrohr-Reaktors oder vor dem Einrohr-Reaktor mit dem zu behandelnden Öl mischbar. Auch stellt das in Öl dispergierte metallische Natrium ein Handelsprodukt dar, das ohne Weiteres handhabbar und erhältlich ist.
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Wie das in Öl dispergierte metallische Natrium dem zu behandelnden Öl zugeführt wird, ist grundsätzlich beliebig. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn das in Öl dispergierte metallische Natrium über einen statischen Mischer dem zu behandelnden Öl zugeführt wird. Ein statischer Mischer kann ohne Weiteres vor dem Einrohr-Reaktor oder zu Beginn des Einrohr-Reaktors installiert werden. Durch den statischen Mischer wird das metallische Natrium gut mit dem zu behandelnden Öl vermischt, so dass die gewünschten Reaktionen stattfinden können.
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In welcher Menge das metallische Natrium zugeführt wird, hängt in erster Linie von der Zusammensetzung des zu behandelnden Öls ab. Es hat sich jedoch gezeigt, dass für herkömmliche zu behandelnde Altöle mit etwa 0,5 bis 2,0 Gew.-% und insbesondere 0,8 bis 1,2 Gew.-% Natrium behandelt werden können. Damit werden gute Ergebnisse erzielt.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass das zu behandelnde Öl vor dem Einrohr-Reaktor eine Temperatur von etwa 90°C bis 100°C aufweist oder auf diese Temperatur erwärmt wird. Das metallische Natrium wird vorzugsweise bei dieser Temperatur zugeführt, so dass sich die gewünschten Reaktionen einstellen können.
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Weiterhin ist es günstig, wenn die Temperatur des verdampften Öls am Ausgang des Einrohr-Reaktors zwischen 320°C und 380°C und insbesondere zwischen 340°C und 360°C beträgt. Unterhalb dieser Temperatur tritt noch keine Vercrackung des zu behandelnden Öls auf, so dass dessen Eigenschaften nach wie vor aufrechterhalten bleiben.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestattung des Verfahrens ist vorgesehen, dass sich der Zyklonabscheider unmittelbar an den Einrohr-Reaktor anschließt derart, dass die Einlauftemperatur des verdampften Öls in den Zyklonabscheider im Wesentlichen der Ausgangstemperatur des verdampften Öls am Einrohr-Reaktor entspricht. Hier macht sich die Erfindung die Eigenschaften des Einrohr-Reaktors zunutze, bei dem im Zuge der steigenden Temperatur des Öls in Strömungsrichtung eine immer größer werdende Menge verdampft. Durch die zunehmende Verdampfung nehmen das Volumen und die Strömungsgeschwindigkeit des Öls in Strömungsrichtung zu. Am Ende des Reaktors kann das Öl eine Strömungsgeschwindigkeit von der 1,0- bis 2,0-fache Schallgeschwindigkeit betragen. Mit dieser hohen Strömungsgeschwindigkeit gelangt das verdampfte Öl in den Zyklonabscheider, der dann gute Abscheidewirkung aufweist. Es können sowohl die höhersiedenden Bestandteile als auch die eventuell vorhandenen Feststoffe gut abgetrennt werden.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Reaktionsprodukte von dem zu behandelnden Öl mit dem Natrium am Feststoffausgang des Zyklonabscheiders abgezogen werden. Dieser Sumpf enthält demnach die Schadstoffe, die nicht oder anders weiterverwendet werden können. Allerdings stellt dieser Bestandteil nur den geringeren Massenanteil dar.
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Die Vorrichtung zum Aufarbeiten von PCB- und/oder PAK-haltigem Öl weist einen Einrohr-Reaktor zum kontinuierlichen Verdampfen des Öls und einem mit dem Ausgang des Einrohr-Reaktors verbundenen Zyklonabscheider auf, in dem die höhersiedenden Stoffe und die Feststoffe von dem verdampften Öl abgetrennt werden. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Einrohr-Reaktor oder zu Beginn des Einrohr-Reaktors eine Zuführeinrichtung vorhanden ist, die mit einem Vorratsbehälter für in Öl dispergiertes metallisches Natrium in Verbindung steht, um das in Öl dispergierte metallische Natrium dem noch flüssigen oder in der Übergangsphase zwischen flüssigem und gasförmig befindlichen zu behandelnden Öl zuzuführen. Damit ist es möglich, dass dem zu behandelnden Öl metallisches Natrium zugeführt wird, durch das die schädlichen polychlorierten Biphenyle oder polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe gebunden werden und im Zyklonabscheider abgeschieden werden können. Das in Öl dispergierte metallische Natrium ist in dieser Form gut lagerbar, so dass es ohne Weiteres bevorratet und in der gewünschten Menge dem zu behandelnden Öl zugeführt werden kann.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zuführeinrichtung als statischer Mischer ausgebildet ist. Ein solcher Mischer ist robust und weist keine beweglichen Teile auf, so dass er auch dauerhaft einsetzbar ist. Gleichzeitig wird damit eine gute Vermischung des metallischen Natriums mit dem zu behandelnden Öl erreicht.
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Das Dispersionsöl ist vorzugsweise ein Paraffinöl oder Petroleum, das im Wesentlichen schadstofffrei ist. Eine zusätzliche Belastung oder Verunreinigung des zu behandelnden Öls findet demnach dadurch nicht statt.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das in Öl dispergierte metallische Natrium über eine Dosiereinrichtung dem statischen Mischer zugeführt wird. Damit ist es möglich, die Menge des zugeführten metallischen Natriums in Abhängigkeit von dem zu behandelnden Öl einzustellen. Insbesondere ist es möglich, dass dem zu behandelnden Öl zwischen 0,5 Gew.-% und 2,0 Gew.-% und insbesondere 0,8 Gew.-% bis 1,2 Gew.-% Natrium zugeführt wird. Damit können gute Ergebnisse bei der Aufarbeitung von PCB- und/oder PAK-haltigem Öl erreicht werden.
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Vorstehend wurde die Erfindung anhand einer Vorrichtung mit einem Zyklonabscheider beschrieben. Es ist natürlich auch möglich, dass der gasförmige Ausgang des Zyklonabscheiders mit wenigstens einem weiteren Zyklonabscheider verbunden ist. Insbesondere kann vorgesehen werden, dass hinter dem ersten Zyklonabscheider weitere Zyklonabscheider angeordnet sind, die jeweils eine unterschiedliche Arbeitstemperatur aufweisen. Damit kann das von Schadstoffen befreite Öl in unterschiedliche Fraktionen aufgeteilt werden. Auch können herkömmliche Kondensationsstufen vorgehen werden, um das Öl einer bestimmten Fraktion zu kondensieren.
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Insgesamt gelingt es, aus dem giftigen und krebserregenden PCB- und/oder PAK-haltigen Öl ein aufgearbeitetes Öl bereitzustellen, das ohne weiteres weiterverwendet werden kann. Insbesondere ist das Öl frei von Feststoffen oder anderen Schadstoffen, so dass es auch höheren Ansprüchen genügt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt das Verfahrensschema gemäß der Erfindung.
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Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 11 zum Aufarbeiten von Altöl umfasst einen nicht gezeigten Vorratsbehälter, in dem das Altöl gelagert wird. Über eine Förderpumpe 12 gelangt das Öl in einen Einrohr-Reaktor 13, der in an sich bekannter Weise über Rauchgase 14 erhitzt wird. Innerhalb des Rohrs 15 des Einrohr-Reaktors 13 verdampft das vorher flüssige Altöl kontinuierlich unter Vergrößerung seines Volumens und unter Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit. Am Ende des Einrohr-Reaktors ist das zugeführte Altöl im Wesentlichen vollständig verdampft und strömt am Ende des Einrohr-Reaktors mit 1,0-facher bis 2,0-facher Schallgeschwindigkeit durch das Rohr 15. Das Reaktorrohr 15 ist dabei mehrere einhundert Meter lang und insbesondere länger als 1.000 m. Der Durchmesser des Rohres beträgt zu Beginn des Einrohr-Reaktors 13 etwa 50 mm und erweitert sich bis auf 150 mm am Ende des Reaktorrohrs 15. Am Ende 16 des Einrohr-Reaktors hat das Öl eine Temperatur von etwa 380°C und strömt bei einem Unterdruck von etwa 20 bis 100 mbar.
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Das verdampfte Öl gelangt mit dieser Strömungsgeschwindigkeit in einen Zyklonabscheider 17, in dem höhersiedende Bestandteile oder Feststoffe abgeschieden werden. Die abgetrennten flüssigen Bestandteile werden am unteren Ende 18 des Zyklonabscheiders 17 abgezogen und in einem Sumpf 19 aufgefangen. Die gasförmige Fraktion wird über den Gasausgang 20 abgeführt. Diese Fraktion kann weiteren Zyklonabscheidern oder weiteren Behandlungsstufen 21 zugeführt werden, die hier nicht weiter dargestellt sind.
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Am Eingang des Einrohr-Reaktors 13 ist eine Zuführeinrichtung 22 vorgesehen, über die metallisches Natrium dem zu behandelnden Öl zugeführt werden kann. Das metallische Natrium liegt in Öl dispergierter Form vor und wird in einem Vorratsbehälter 23 bereitgestellt. Über eine Dosierpumpe 24 gelangt das in Öl dispergierte metallische Natrium in der gewünschten Menge zu der Zuführeinrichtung 22 und somit in das zu behandelnde Öl, das dort noch in flüssiger Form vorliegt.
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Die Zuführeinrichtung 22 kann aber auch an einer anderen Stelle zu Beginn des Einrohr-Reaktors 13 vorgesehen werden, in der das zu behandelnde Öl noch flüssig ist oder sich in der Übergangsphase zwischen flüssig und gasförmig befindet. Der Zuführort kann auch in Abhängigkeit von der herrschenden Temperatur des zu behandelnden Öls gewählt werden.
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Die Zuführeinrichtung 22 kann als statischer Mischer ausgebildet sein. Ein solcher Mischer weist keine beweglichen Teile auf und ist daher äußerst robust. Dessen Bestandteile werden nicht von dem metallischen Natrium angegriffen.
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Das derart zugeführte metallische Natrium führt dazu, dass die polychlorierten Biphenyle oder die polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe des zugeführten und zu behandelnden Öls gebunden werden. Die gebundenen Schadstoffe können dann im Zyklonabscheider abgeschieden und im Sumpf 19 aufgefangen und entsprechend entsorgt werden. Das zur Weiterbehandlung erzeugte Öl ist danach frei von diesen Inhaltsstoffen und kann ohne weiteres wiederverwendet werden.
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Es können weiterhin Zuführstellen 25 vor dem Einrohr-Reaktor 13 an dessen Zulauf vorgesehen werden, über di weitere Zusatzstoffen zugeführt werden können. So kann beispielsweise NaOH oder KOH zugeführt werden, um die Esterverbindungen im zu behandelnden Altöl aufzuspalten und zu binden. Diese können dann im Zyklonabscheider 17 am Feststoffausgang 18 abgezogen werden.
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Die nicht näher gezeigten weiteren Behandlungsstufen 21 hinter dem Gasaustritt 20 des Zyklonabscheiders 17 können Vakuumanlagen oder Kondensationsstufen umfassen, mit denen die unerwünschten gasförmigen Reaktionsprodukte aus dem dampfförmigen Öl entfernt werden. Auch kann das dampfförmige Öl in diesen nachfolgenden Behandlungsstufen 21 beispielsweise mit Natriumhydrogencarbonat behandelt werden, um Schwefelverbindungen zu entfernen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014118486 A1 [0002]
