DE2321749C3 - Verfahren zum Spalten von Emulsionen und Anlage zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

In der Metallindustrie werden zum Kühlen und Schmieren der Werkzeuge und Werkstücke bei der spanlosen und spangebenden Bearbeitung sowie als Korrosionsschutzmittel Öl-in-Wasser-Emulsionen verwendet. Auch in anderen Industriezweigen fallen als Abfall vielerlei ölemulsionen an. Alle diese Flüssigkeiten dürfen, wenn sie verbraucht sind, nur dann als Abwasser in die Kanalisation oder in den Vorfluter abgelassen werden, wenn vorher das darin enthaltene öl bis auf Spuren entfernt worden ist.

Zahlreiche Verfahren, physikalische, chemische und auch kombiniert physikalisch-chemische, sind bekanntgeworden, mit denen die geforderte Entölung der Emulsion durchgeführt werden kann.

Ein häufig benutztes Trennverfahren beruht auf der so Verwendung von hydrophoben Adsorptionsmitteln. Die meisten Emulsionen können damit ohne größeren apparativen Aufwand ausreichend entölt werden. Die Adsorptionsmittel werden in die Emulsion eingerührt, was mitunter etwas schwierig ist. In einer Reaktionszeit von nur einigen Minuten wird das öl adsorbiert und kann dann zusammen mit dem Adsorptionsmittel aus dem Wasser abfiltriert werden. Da die hierfür geeigneten Adsorptionsmittel sehr teuer sind, verbietet sich die Anwendung dieses Trennverfahrens wegen zu hoher Kosten, wenn größere Emulsionsmengen mit einem hohen ölgehalt aufbereitet werden müssen. Außerdem können sehr beständige Emulsionen mit diesem Verfahren nur unvollständig entölt werden.

Bekannt ist auch das Ausflocken des Öles mit Metall- ⁶S salzen, beispielsweise Aluminiumsulfat, Magnesiumchlorid u. a. Das Verfahren gelangt in mehreren Varianten zur Anwendung. Dabei fallen je nach den zum ein-

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wandfreien Spalten erforderlichen Salzmengen größere Mengen Metallhydroxyde - an die das öl adsorptiv gebunden ist — als Schlamm aus. Durch Sedimentation kann der Schlamm mit einem Wassergehalt von über 95% von dem klaren Spaltwasser abgetrennt werden. Die Beseitigung dieses Schlammes ist meist mit erheblichen Kosten verbunden. Es wäre deswegen zweckmäßig, den Wassergehalt des Schlammes und damit auch die Schlammengedurch filtern einzuengen. Die Filtrierbarkeit solchen mit viel öl belasteten Schlammes ist aber meistens sehr schlecht.

Zum Stand der Technik gehören auch chemische Spaltverfahren, bei denen die Emulsion, durch Zugabe von Säuren und Erhitzen auf nahezu 100°C, gebrochen wird. Das öl kann danach in Trennsäulen oder Separatoren von dem Spaltwasser abgetrennt werden. Da das bei diesem Verfahren anfallende Altöl meist stark sauer ist, kann es bei der späteren Verarbeitung Korrosionsschäden verursachen. Außerdem muß nach der Ausscheidung des Öles das Wassers neutralisiert und im allgemeinen zum Klären auch noch filtriert werden.

Alle chemischen Spaltverfahren haben den Nachteil, daß bei wechselnden Emulsionstypen von Fall zu FaI! Vorversuche gemacht werden müssen, um sicherzustellen, daß die richtigen Chemikalien in der erforderlichen Menge zudosiert werden. Außerdem darf nicht übersehen werden, daß das Abwasser zusätzlich mit Chemikalien belastet wird.

Es sind auch Verfahren entwickelt worden, bei denen die Spaltung durch Verdampfen der Emulsionen erreicht wird, ohne daß dabei Chemikalien verwendet werden. Dazu sind umfangsreiche Verdampfungsanlagen erforderlich, die mit sehr hohen Energiekosten arbeiten. Das Aufarbeiten von Emulsionen durch Verdampfen ist deswegen sehr kostspielig.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, das Spalten von Öl-in-Wasser-Emulsionen mit einem geringeren Kostenaufwand und ohne Verwendung von Chemikalien durchzuführen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die zur Bildung einer beständigen Emulsion aus öl und Wasser erforderlichen Emulgatoren bei höheren Temperaturen unwirksam werden. Das neue Verfahren sieht deshalb vor, daß die zu spaltende Emulsion auf eine oberhalb 100⁰C liegende, die Zerstörung der darin enthaltenen Emulgatoren bewirkende Temperatur gebracht wird, wobei das Verdampfen des Wassers durch Anwendung eines der Temperatur angepaßten Druckes verhindert wird, und daß anschließend die gebrochene Emulsion abgekühlt und getrennt wird.

Besonders vorteilhaft ist die Spaltung der Emulsion in kontinuierlichem Betrieb, indem die zu spaltende Emulsion zunächst in einem druckfesten Wärmeaustauscher im Gegenstrom mit bereits gebrochener, also heißer, abzukühlender Emulsion aufgeheizt und anschließend durch einen Spitzenerhitzer weiter auf die zur Zerstörung der in ihr enthaltenen Emulgatoren erforderliche Temperatur erhitzt wird. Bei Anwendung des kontinuierlich arbeitenden Verfahrens braucht jeweils nur so viel Wärme in dem durch Fremdenergie beheizten Spitzenerhitzer zugeführt werden, daß sich ein ausreichendes Temperaturgefälle zwischen der dem Wärmeaustauscher zum Spalten zugeführten Emulsion und den ablaufenden Bestandteilen der gebrochenen Emulsion einstellt und die Wärmeverluste des Systems ersetzt werden. Es hat sich gezeigt, daß zur Zerstörung der Emulgatoren im allgemeinen eine Erhitzung auf etwa 250⁰C bei einem Druck von etwa 4 MPa. aus-

reicht Bei leicht spaltbaren Emulsionen kann aber auch schon eine tiefere Temperatur ausreichen, ebenso wie bei extrem schwer spaltbaren Emulsionen unter Umständen noch höhere Temperaturen en'arderlich sein können. Es ist ein wesentliches Merkmal des Verfahrens, daß der Druck mindestens so hoch ist, daß keine Verdampfung des Wassers eintritt.

Es kann aber auch chargenweise gearbeitet wurden, wenn nur' kleine Emulsionsmengen zu spalten sind. Dann erfolgt die Erhitzung bis auf die erforderliche Reaktionstemperatur in einem beheizten Hochdruckbehälter, in dem auch die Abkühlung nach der Reaktion bis unter 100⁰C eventuell unter Zuhilfenahme von Kühlwasser erfolgt Die weitere Abkühlung bis auf die zum Ablassen des gereinigten Wassers in die Kanalisation erforderliche Temperatur kann außerhalb des Druckbehälter eventuell in einem Wärmeaustauscher unter Vorwärmung der nächsten Charge erfolgen. Der chargenweise Betrieb ist naturgemäß mit einem erheblich höheren Energieaufwand verbunden, als die kontinuierliche Arbeitsweise, der aber immer noch geringer ist als beim Spalten durch Verdampfung.

In den Zeichnungen (F i g. 1 und 2) sind zwei Anlagen zur kontinuierlichen Spaltung von Öl-in-Wasser-Emulsionen dargestellt Gemäß F i g. 1 wird die zum Spalten anfallende Emulsion in -einem Behälter 1 gesammelt und mittels einer Pumpe 2 in einen Gegenstrom-Wärmeaustauscher 3 gefördert, in dem die Erhitzung unter Druck auf beispielsweise 230⁰C erfolgt Von dort gelangt die aufgeheizte Emulsion zu einem Spitzenerhitzer 4, in dem sie mittels Fremdenergie auf die. erforderliche Reaktionstemperatur von beispielsweise 250° C erhitzt wird. Mit dieser Temperatur fließt die nunmehr gebrochene Emulsion wieder durch den Wärmeaustauscher 3 zurück, wobei sie unter Abkühlung auf beispielsweise 30°C als Heizmedium dient Über ein Druckreduzierventil 5 zum Entspannen des abgekühlten Spaltwassers von dem Druck im Erhitzersystem — das ist im gewählten Beispiel bei 250⁰C mindestens 4 MPa. — auf den Druck im freien Raum, gelangt die gebrochene und abgekühlte Emulsion schließlich in einen Trennbehälter 6, in dem sich bei ausreichender Beruhigung der strömenden Medien das öl durch Aufschwimmen von Wasser trennt Mittels einer Pumpe 1 i wird das öl abgesaugt und in einen Sammelbehälter 12 geleitet Wenn es aus räumlichen Gründen oder wegen zu

S großer Menge der zu spaltenden Emulsion nicht möglich ist oder zu aufwendig wäre, einen ölabscheidebehälter der erforderlichen Größe aufzustellen, dann kann das Trennen des Öles vom Wasser auch mit einem Separator durchgeführt werden. In diesem Fall

ίο wird dem Wärmeaustauscher 3 auf der Auslaufseite an Stelle des Trennbehälters 6 ein Separator 7 nachgeschaltet Da sich aber in einem Separator das öl besser bei erhöhter Temperatur vom Wasser trennen läßt, wird bei dieser Anlage die gespaltene Emulsion im Wärmeaustauscher 3 nur so weit abgekühlt, daß sie im Druckminderventil 5 ohne zu verdampfen auf den Druck der freien Atmosphäre entspannt werden kann, beispielsweise auf 90⁰C, und mit dieser Temperatur dem Separator 7 zugeführt Von dort gelangt das entöl te Wasser in einen zweiten Wärmeaustauscher 8, in dem es auf die Endtemperatur von beispielsweise 30° C abgekühlt wird, und in dem dabei eine Vorwärmung der zu spaltenden Emulsion von Raumtemperatur auf beispielsweise 65° C stattfindet Das abgespaltene öl

fließt vom Separator 7 in einen Sammelbehälter 12.

Es kann der Fall eintreten, daß das Spaltwasser durch Schwebestoffe aus der Emulsion oder durch Crackprodukte, die bei der hohen Erhitzung aus Bestandteilen der Emulsion entstanden sein können, ge- trübt ist. Um einwandfrei klares Abwasser zu erhalten, kann in diesem Fall das Wasser vor dem Ablassen in die Kanalisation über ein Filter 9 gefiltert werden.

Bei extrem schwierig zu spaltenden Emulsionen kann es auch vorkommen, daß das entölte Spaltwasser einen geringfügig zu hohen Restölgehalt aufweist. Es besteht dann die Möglichkeit, in einem Mischbehälter 10 durch Zudosieren bekannter Flockungsmittel oder Adsorptionsmittel den kleinen Restölgehalt dem Wasser zu entziehen. Das in dem Mischbehälter nachbehandelte Spaltwasser muß dann zum Ausfiltern des Flockungsmittels bzw. des Adsorptionsmittels mit dem öl über das Filter 9 geleitet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: 2321

1. Verfahren zum Spalten von Öl-in-Wasser-Emulsionen, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion auf eine oberhalb 100⁰C liegende, das Unwirksamwerden der Emulgatoren bewirkende Temperatur gebracht wird, wobei die Anwendung eines der Temperatur angepaßten Druckes das Verdampfen des Wassers verhindert und daß ίο anschließend die gebrochene Emulsion abgekühlt und getrennt wird.

2. Verfahren zum Spalten einer Öl-in-Wasser-Emulsion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu spaltende Emulsion zunächst in einem druckfesten Wärmeaustauscher im Gegenstiom mit bereits gebrochener, abzukühlender Emulsion aufgeheizt und anschließend durch einen Spitzenerhitzer weiter auf die zum Unwirksamwerden der in ihr enthaltenen Emulgatoren erforderliehe Temperatur erhitzt wird.

3. Verfahren zum Spalten einer Öl-in-Wasser-Emulsion nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gebrochene, abzukühlende Emulsion im einem ersten Gegenstrom-Wärmeaustauscher auf eine dicht unter dem Verdampfungspunkt des Wassers liegende Temperatur abgekühlt und mit dieser Temperatur einem ölabscheider zugeführt wird und daß anschließend das entölte Wasser in einem zweiten Gegenstrom-Wärmeaustauscher weiter abgekühlt wird.