DE2335354A1 - Verfahren und vorrichtung zur phasentrennung von emulsionen - Google Patents

Description

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PATENTANWÄLTE τκί,κοιιλΜΜϊ ι PHOTEÜTPATEKT McNeil»

Bes chreibung zu der Patentanmeldung

ΊΑ-4-3 219

SHELL INTERNATIONALE EESEARCH MAATSGHAPPIJ B.V. Carel van Bylandtlaan 30, Den Haag, Niederlande

betreffend

Verfahren und Vorrichtung zur Phasentrennung; von Emulsionen,

Die Erfindung befaßt sicli insbesondere mit dem Brechen von Emulsionen und speziell mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Behandlung von Öl-in-Wasser-Emulsionen zum Abtrennen von öl und Wasser.

Die Entfernung von öl aus Industrieabvrässem ist ein zunehmend brennenderes Problem, insbesondere für die Petrocheinie und die Erdölgevrinnungsanlagen. Abwasser aus ölfeldem, Ballastflüssigkeiten von Tankern und Abläufe aus Raffinerien sind Beispiele für Flüssigkeiten, die Gemische von Öl und Wasser darstellen. Der ölgehalt derartiger Gemische kann wertvoll sein, wenn er abgetrennt und gewonnen wird. Darüberhinaus ist es in vielen Fällen wichtig, daß das Öl aus dem Gemisch entfernt wird, wenn die Wasserphase wieder in natürliche Gewässer rückgeleitet werden soll. Damit können hohe Auslagen eingespart werden, die für dieAuiarbeitung von ölhaltigen Wässern na^-h verschiedenen Methoden aufgewandt werden müssen.

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Derzeit "bestehen noch keine einheitlichen Vorschriften über den maximalen Ölgehalt von Abwässern, die in natürliche Gewässer eingelassen werden. In manchen Gebieten sind Jedoch bereits Vorschriften mit einer oberen Grenze von 30 ppm öl erlassen worden.

In manchen Fällen können die geforderten Werte schon einfach dadurch erreicht werden, daJß man das Gemisch kurze Zeit 'in Beruhigungszonen beläßt, wo das Wasser absinkt und das öl aufsteigt. In anderen Fällen bildet Öl und V/asser eine Emulsion, wobei eine der Flüssigkeiten in der anderen relativ stabil verteilt ist in Form von feinsten Tröpfchen. Derartige Emulsionen trennen sich nicht durch einfaches Absitzen. Man muß diese Emulsionen brechen, um eine Auftrennung der beiden Flüssigkeiten zu ermöglichen.

So hat man bereits für die Auftrennung von Emulsionen elektrische Felder angelegt, um die disperse Phase zu einem raschen Zusaramenlaufen zu größeren Tropfen zu veranlassen, die sich dann mehr oder veniger leicht aus dem Gemisch abtrennen lassen. Ähnliche Ergebnisse erhält man durch Zugabe von Chemikalien oder "Deemulgatoren", die ein Zusammenlaufen der dispersen Teilchen zu großen Tropfen begünstigen. Diese großen Tropfen lassen sich aus der kontinuierlichen Phase durch Absetzen trennen.

Nach anderen Verfahren zur Abtrennung der dispersen Phase aus einer Emulsion wird diese mit einem Feststoff in Berührung gebracht, der vorzugsweise durch die disperse Phase benetzt wird. So wird beispielsweise bei einer Öl-in-Wasser-Emulsion an dem von öl benetzbaren Material/gesammelt und läuft zu solchen Teilchen zusammen, die leicht gewinnbar sind (US-Patentschrift 1 88? 774-, 3 405 059, 3 152 196). Bei diesem bekannten Verfahren ist es erforderlich, das Geraisch von

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Wasser und zusammengelaufenen öltröpfchen in eine Absetzzone oder durch Separatoren zu führen, wo eine Trennung der Flüssigkeiten aufgrund ihrer unterschiedlichen Dichten stattfindet.

Es ist auch "bekannt, Emulsionen dadurch zu brechen, daß man sie mit einem ddß disperse Phase sammelnden Feststoff rührt Bei einer Öl-in-Wasser-Emulsion hat man beispielsweise das Öl durch Rühren mit einem ölanziehenden Feststoff abgetrennt. Die ser Feststoff und das daran haftende öl wird dann abfiltriert, abgesetzt oder dergl. Der Feststoff wird verworfen oder zur Entfernung von Öl, welches wiedergewonnen werden kann, behandelt (US-Patentschrift 705 253, 3 14-7 216 und 3 580 844).

Keine dieser bekannten Methoden ist bis heute allgemein zufriedenstellend für alle Anwendungszwecke. Das SammeD.n von Öl an ölanziehenden Feststoffen hat den Nachteil, daß mit Öl getränktes Material, welches verworfen werden muß, anfällt oder es muß aufgearbeitet v/erden. Verfahren, die eine Absetzzone erforderlich machen, sind nachteilig, da große Flüssigkeit svolumina behandelt werden müssen. Bei vielen Anwendungsgebieten können solche Verfahren vollständig zufriedenstellen hinsichtlich der Wirksamkeit der Trennung von Öl aus dem Wasser, bei ausreichendem Zeitaufwand. Wenn es Jedoch um große Flüssigkeitsmengen geht, wie bei großindustriellen Verfahren,würden die für das Absetzen benötigten Behälter eine sehr große Kapitalbelastung darstellen.

So kann beispielsweise bei Ölbohrungen im Festlandsockel täglich mit 100 000 und mehr vor Wasser gerechnet werden. Durch übliche Absetzmaßnahmen kann der Ölgehalt derartiger Wässer oft auf etwa 1000 ppm in relativ kux'zer Zeit gesenkt werden. Wendet man jedoch zuerst ein Emulsionsbrechen zur Entfernung des restlichen Ülgehaltes an, welcher häufig in Form von dispergiertori Tröpfchen in der Größenordnung von 1 bis 10A

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vorliegt, benötigt man zusätzliche Absetzzeit von einigen Tagen bis zu Wochen und darüber. Mittel zur Handhabung derartiger Flüssigkeitsvolumina sind auf Bohrinseln kaum verfügbar.

Wenn das in dem Wasser enthaltene öl kontinuierlich entfernt werden kann, so kann man das Wasser wieder in das Gewässer zurückfuhren, jedoch gibt es zur Zeit noch kein kontinuierlich arbeitendes wirtschaftliches Verfahren zum Brechen der Emulsion,mit dem man ölkonzentrationen, wie sie durch die örtlichen Vorschriften gegeben sind, in der Größenordnung von 30 ppm erhalten kann. Es sind daher aufwendige andere Maßnahmen erforderlich.

Es wurde nun ein Verfahren zur kontinuierlichen Abtrennung der dispersen Phase von der kontinuierlichen Phase einer Emulsion gefunden ohne der Notwendigkeit großer Absetzzonen, in dem die Emulsion in einer Eontakt zone in Berührung gebracht wird mit einem im wesentlichen mit der dispersen Phase gesättigten, die disperse Phase abfangenden Fasermaterial, suspendiert in einer Flüssigkeit, woraufhin die im wesentlichen von der dispersen Phase befreite kontinuierliche Phase vom Fasermateriäl getrennt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird im wesentlichen Feststoff mit freier disperser Phase und kontinuierliche Phase getrennt aus der Kontaktzone abgezogen.

Unter dem Begriff "die disperse Phase abfangendes Fasermaterial" wird ein Werkstoff verstanden, der die disperse Phase wie öl aus einer Öl-in-Wasser-Emulsion durch einen physikalischen Abfangmechanismus zurückhält, bei dem die Tröpfchen der dispersen Phase zwischen zwei oder mehr Fasern gehalten werdm,ohne der Notwendigkeit der Berührung oder Haftung an

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den Fasern. Der Begriff "mit disperser Phase gesättigt" "bezeichnet ein Material, welches hinsichtlich der abgefangenen dispersen Phase darin sich im Gleichgewicht befindet, bei den herrschenden Bedingungen der Kontaktzone und unter diesen Bedingungen keine oder nur geringfügig weiter disperse Phase aufnehmen kann. Unter dem Begriff "Wasser" wird hier Frischwasser, Salzwasser oder Lauge oder andere wässrige Lösungen ähnlicher Benetzungs eigenschaften verstanden.

Das die disperse Phase einfangende Fasermaterial kann entweder von der dispersen Phase oder der kontinuierlichen Phase benetzt v/erden, jedoch wurde festgestellt, daß die bevorzugten Materialien die sind, die sich durch die kontinuierliche Phase der Emulsion benetzen lassen. Demnach ist das bevorzugte Fasermaterial für Öl-in-Wasser-Emulsionen,in denen Wasser die kontinuierliche Phase ist, ein Produkt, welehes bevorzugt durch Wasser benetzt wird. Mit Wasser angesogene zerkleinerte Cellulosefasern ergeben bei derartigen Emulsionen hervorragende Ergebnisse. Ein besonders geeignetes Cellulosematerxal ist Papier, insbesondere Zeitungspapier. Eine Rohstoffquelle dafür ist Altpapier, welches zu geringen Kosten in großem Umfang verfügbar ist.

Das suspendierte Fasermaterial wird vorteilhafterweise in der Kontaktzone mit der Emulsion gerührt, um die Berührung der Tröpfchen der dispersen Phase mit den Fasern zu begünstigen. Beste Ergebnisse erhält man, wenn das Eühren mit geringerer Intensität als dem maximalen Wert erfolgt, bei dem eine Größenverringerung nenneswerten Ausmaßes der bei dem Trennverfahren gebildeten relativ groben dispersen Tröpfchen stattfindet. Eine solche Verringerung der Tröpfchengröße führt zu einer Eeesiulgierung des abgeschiedenen Öls. Die jeweilige Rührintensität, bei der eine Reemulgierung auftreten kann, schwankt

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mit den Verfahrensbedingungen wie Temperatur, relative Dichte der Phasen und Größe der Grenzflächenkräfte zwischen den Phasen. Der Fachmann kann einfach die maximale Rührintensität für ein bestimmtes System ermitteln.

Die Pasern sollten ausreichend lang sein, damit sie Zusammenballungen von zwei oder mehreren Pasern bilden können, die ihrerseits ein Pesthalten der Tröpfchen gestatten. Die Pasern sollten jedoch nicht so lang sein, daß sich verwickelte Paserklumpen bilden, die größere Anteile, z. B. 5 $> oder darüber, der Pasern in der Kontaktaone enthalten. Pasern in der Größenordnung awischsn 10 /um und 10 mm sind im allgemeinen für viele Anwendungsgebiete geeignet. Hervorragende Ergebnisse erhält man für die Abtrennung der Tröpfchen mit einem mittleren Durchmesser zwischen 2 und 10 /um durch Anwendung von Pasern mit einem mittleren Durchmesser von 10 bis 15 /um und einer mittleren Länge von etwa 0,3 bis 2 mm.

Die Konzentration der Pasern in der Eontaktzone sollte ausreichend hoch sein, um einen wesentlichen Anteil der Pasern für die Aufnahme der dispersen Phase zu erhalten, eine Berührung der Pasern zu gestatten und doch gering genug sein, um eine entsprechende Viskosität der Paseraufschlämmung in der Kontaktzone ausreichend geringen Ausmaßes zu gewährleisten, um ein Zusammenfließen der Tröpfchen der dispersen Phase durch vertikale Bewegung innerhalb der Kontaktzone bei in der Praxis annehmbaren Geschwindigkeiten unter der Einwirkung von Gravitation und Auftrieb zu ermöglichen. Die Konzentrationsgrenzen für beste Ergebnisse variieren von System zu System, wobei sich Unterschiede hinsichtlich der speziellen Emulsionen und der Pasern ergeben.

Bei der Behandlung von Öl-in-Wasser-Emulsionen unter Anwen-

dung von aufgerissenem Zeitungspapier oder dergleichen als

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Fasermaterial, liegt die bevorzugte Papierkonzentration in der Größenordnung von 500 bis 20 000 ppm. Besonders gute Ergebnisse erhält man mit Zeitungspapierkonzentrationen zwischen 2 000 und 5 000 ppm.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das öl kontinuierlich abgetrennt aus einer verdünnten Öl-in-Wasser-Emulsion~z,B. einer Emulsion, enthaltend etwa 30 bis 5 000 ppm Öl—als dispergierte Tröpfchen mit einem Durchmesser von etwa 50 /Uinund darunter, und durch Anwendung folgender "Verfahrensschritte: Kontinuierliche Zugabe einer wässrigen Suspension eines ölgesättigten ölabfangenden Fasermaterials zu der Emulsion in einem Kontaktgefäß, Rühren des Inhalts des Gefäßes, Abziehen von Feststoff und einem<fx*eien>Strom von-<i-> flüssigem Öl an -einem Punkt in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Oberteil des Gefäßes und einer Wasserphase von einem Punkt in unmittelbarer Nachbarschaft des Bodens des Gefäßes. Die verrissene Cellulose hat sich als besonders wirksam als Fasermaterial für die Aufnahme von Öl erwiesen. Ganz speziell gilt dies für .Zeitungspapier.

Das Verfahren wird gestartet, indem das Gefäß mit einer wässrigen Suspension des ölabfangenden Fasermaterials beschickt wird, welches gegebenenfalls ölgesättigt ist. Ist dieses Material anfänglich nicht ölgesättigt, so kann man in das Gefäß während des Rührens Emulsion einbringen. Dabei nimmt das Fasermaterial öl auf und vergrößert damit seinen Ölgehalt bis zur Sättigung. Daraufhin ist das Fasermaterial weiterhin wirksam in der Abtrennung von öl aus der Emulsion. Man kann eine Wasserphase in der Nähe des Bodens des Kontaktgefäßes abziehen bereits während das Fasermaterial ölgesättigt wird.

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Nach einer bevorzugten Ausführungsform des er fin dungs geVerfahrens wird die aus dem Kontaktgefäß abgezogene Wasserphase durch ein Filtermedium geleitet, welches faseriges Material aus dem Wasser entfernt. Gleichzeitig können die Fasern kontinuierlich von dem Filter abgenommen und der wässrigen Suspension ohne weitere erforderliche Behandlung zugeführt werden.

Bei einer anderen Ausführungsform wird V/asser enthaltend etwas ölgesättigtes Fasermaterial aus dem Gefäß abgezogen, das Fasermaterial und das gesammelte Öl werden von dem Wasser getrennt, z.B. in einer Luftflotationszelle oder einem Hydrosyklon_t und wieder rückgeleitet in den Behälter. Dieses Verfahren des Abtrennens von Wasser von dem ölführenden Fasermaterial kann besonders vorteilhaft sein, wenn die aufsuarbeitende Emulsion wesentliche Anteile von feinen Feststoffen wie Sand enthält, die ein Filter verstopfen können.

Die bevorzugte Vorrichtung zur Abtrennung des Öls aus einer Öl-in-Wasser-Emulsion nach der Erfindung umfaßt ein geschlossenes Gefäß mit einer Zuführung für die Emulsion_/ einer Ableitung im oberen Teil des Gefäßes für Öl tind einer Ableitung im Bodenbereich des Gefäßes für die wässrige Phase. Das Gefäß wird beschickt mit ölabfengendem Fasermaterial. Schließlich sind Rührvorrichtungen vorgesehen. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zur Abtrennung des Fasermaterials aus der wässrigen Phase unmittelbar an der Ableitung vorgesehen sind. In manchen Fällen kann sich die Faserabscheidung auch außerhalb des Gefäßes befinden. In diesem Fall muß das Fasermaterial wieder in das Gefäß rückgeleitet werden.|Die Erfindung wird nun anhand der Figuren weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht-teilweise im Querschnitt, teilweise in Blockform-einer Ausführungsform der

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Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs gemäß en Verfahrens.

Fig. 2 zeigt im Querschnitt^veine andere Ausbildungsform der Vorrichtung und zwar wie sie im Laboratorium zur Durchführung der Untersuchungen nach dem Beispiel zur Anwendung gelangte.

Nach Fig. 1 soll die Vorrichtung mit dem Gefäß 10 anhand der Auftrennung einer Öl-in-Wasser-Emulsion wie ölhaltiges Seewasser näher erläutert werden. Dieses enthält geringe Anteile an Öl wie weniger als 4 %, insbesondere weniger als 5 000 ppm. Dies ist Jedoch noch immer über der nach den geltenden Vorschriften zulässigen Grenze von JO ppm öl, so daß ein solches Wasser nicht in das Meer zurückgeleitet werden kann.

Das Gefäß 10 ist .versehen mit einer Ölableitung 11 oben und einer Wasserableitung 12 in der Uähe des Bodens. Die Ölin-Wasser-Emulsion wird bei 13 an der Seite des Gefäßes eingeführt und zwar an einem Punkt vertikal zwischen Ölaustrag 11 und Wasseraustrag 12. Der Boden des Gefäßes 14 ist vorzugsweise konisch und dient zum Auffangen von feinen Feststoffen wie Sand, die in der Emulsion enthalten sein können. Diese Feststoffe werden über Austragleitung 15 mit Ventil odex" Schleuse 9 ausgetragen von Zeit zu Zeit. Der Rührer 16 an dem Schaft 17 mit dem Motor 18 dient zur Bewegung des Gefäßinhalts .

In das Gefäß 10 wird eine flüssige Suspension eines Fasermaterials eingebracht. Die Flüssigkeit ist vorzugsweise die zu brechende Emulsion oder deren kontinuierliche Phase. Das Fasermaterial ist für die Auftrennung einer Öl-in-Wasser-Emulsion vorzugsweise zerkleinerter Zellstoff wie Papier, ins-

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"besondere altes Zeitungspapier. Die Pasern haben vorzugsweise eine Länge zwischen 0,1 und 10 mm. Hervorragende Ergebnisse erhält man mit zerkleinertem Zeitungspapier, desses Pasern eine Länge von etwa 0,2 Ms 2 mm und einen Durchmesser zwischen 10 und 15 /um "besitzen.

Die Paserkonzentration liegt zwischen 500 und 20 000 ppm. Es ist vorteilhaft,' wenn in der Hauptsache die kontinuierliche Phase das Pasermaterial benetzt, z. B. indem man mit Wasser vollgesogenes Zeitungspapier anwendet. Solches Material verbleibt in der kontinuierlichen Phase und fließt nicht aus dem Behälter 10 mit dem abgetrennten Öl aus.

Bei Betrieb wird die Öl-in-Wasser-Emulsion kontinuierlich in das'Gefäß 10 über Speiseleitung 13 (siehe Pfeil 1) eingebracht. Gleichzeitig wird mit solcher Intensität gerührt, die unter der liegt, bei der ein wesentlicher Teil des Öls, welches sich aus der Emulsion abgesetzt hat, wieder emulgiert wird. Zu gleicher Zeit wird freies Öl über 11 und wässrige Phase über 12 ausgetragen. Die Strömungsgeschwindigkeiten in den und aus dem Behälter sind vorzugsweise so eingestellt, daß der Flüssigkeitsstand innerhalb des Behälters im wesentlichen konstant bleibt·

Wenn das Gefäß zu Anfang mit frischem Pasermaterial, welches kein Öl enthält, beschickt wird, so bildet sich keine freie Ölschicht am Anfang des Betriebszustandes aus. Dies ist die ö'lsättigende Verfahr einstufe, während der das Pasermaterial Öl aufnimmt bis zu einer Gleichgewichtssättigung. Die Gleichgewi chtsmenge an Öl ist abhängig von den Verfahrensbedingungen wie Temperatur und Rührintensität sowie der physikalischen Ei genschaften von Pasermaterial, Öl und Wasser. Während der Sättigungsperiode kami kontinuierlich Emulsion eingebracht werden.

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Die wässrige Phase wird abgezogen.

Wenn das Fasermaterial im Behälter Gleichgewichtssättigung erreicht hat, so führt die weitere Zugabe von Öl zur Bildung relativ großer Tröpfchen aus freiem öl, die bei den meisten Anwendungsgebieten im Behälter aufsteigen und damit eine Schicht 21 aus freiem Öl bilden, die auf der wässrigen Suspension des Fasermaterials in der Kontaktzone 23 schwimmt. Nachher ist die Geschwindigkeit der Ölsammlung in der Schicht 21 im wesentliehen gleich der Ölzufuhr in das Gefäß. In einigen. Anwendungen ist die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch das Gefäß 10 groß genug, um einen nennenswerten Anteil und in manchen Fällen im wesentlichen alle öltröpfchen als Teil der wässrigen Phase durch den Auslaß 12 mitzunehmen. In diesen Fällen erhält man, wenn überhaupt, in der Schicht 21 nur eine geringe Ölmenge.

Die bei 12 ausgetragene wässrige Phase kann nennenswerte Anteile an ölgesättigtem Faserniaterial sowie auch einige Feststoffe, zusammengeflossene Öltröpfchen und ungebrochene Emulsion enthalten. Daher wird diese Flüssigkeit vorzugsweise über Leitung 3 in einen Separator 20 geführt, in dem die Verunreinigungen entfernt werden. Der Separator 20 kann ein Filter üblicher Art umfassen zur Abscheidung der faserigen Feststoffe. Es wurde festgestellt, daß bei Anwendung eines solchen Filters ein Filterkuchen von Fasern sich aufbaut, der dann seinerseits sowohl die zusammengelaufenen als auch die nicht zusammengelaufenen öltröpfchen aus der wässrigen Phase auffängt und somit als Nachreinigung für das ablaufende Wasser d,ient. Der Separator 20 wird entleert durch einen kontinuierlichen Wasserstrom (siehe Pfeil 5) mit einem Ölgehalt unter dem eingespeisten Verhältnis und vorzugsweise unter 30 ppm. Das ölgesättigte Fasermaterial wird vorzugsweise kontinuierlich oder

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periodisch, vom Filter mit Hilfe eines . (nicht gezeigten) Kratzers entfernt und vorzugsweise zur Wiederverwendung über Leitung 22 in den Behälter rückgeführt. Das sich im Separator ansammelnde öl kann zusammen mit dem olgesättxgten Fasermaterial in den Behälter rückgeführt werden. In Fällen, wo große Mengen von Öl sich in dem Separator sammeln, ist es vorteilhaft, das Öl getrennt auszutragen (siehe Pfeil 4), insbesondere im oberen Teil der Absetzzone des Separators.

In manchen Fällen ist es zweckmäßig, wenn der Separator kein Filter zur Entfernung von Fasern aus der wässrigen Phase enthält. Wenn beispielsweise merkliche Mengen von feinteiligen Feststoffen wie Sand in der aufzuarbeitenden Flüssigkeit vorliegen, so können diese Feststoffe ein Filter verstopfen. In solchen Fällen enthält der Separator 20 eine übliche Flotationszelle 'oder eine Vorrichtung zur Auf trennung des ölgesättigteii Fasermaterials (siehe Pfeil 6) von zusammengelaufenen Öltröpfchen aus dem Ablauf.In diesem Fall ist es notwendig, einen (nicht gezeigten) zweiten Separator zur Entfernung von nicht zusammengelaufenen Tröpfchen vorzusehen. Dieser zweite Separator kann vorteilhafterweise ein weiteres Gefäß darstellen älmlich dem Gefäß 10 für Berührung mit Fasermaterial, dessen Austrag dann, wie oben erwähnt, über ein Filter aufgearbeitet wird.

Das über 11 aus dem Behälter 10 ausgetragene öl kann in manchen Fällen etwas Wasser oder ungebrochene Emulsion und/oder geringe Anteile an Fasermaterial enthalten. In diesem Fall ist er, wünschenswert, das Öl über Leitung 2 weiter aufzuarbeiten 19, wie auf einem Filteren einer Zentrifuge oder einem üblichen Absetzgefäß, um die Verunreinigungen aus dem öl zu trennen. Die wässrige Phase und das Fasermaterial können gegebenenfalls in das Gefäß 10 über Leitung 7 rückgeführt werden. Das reine öl verläßt die Vorrichtung über Pfeil 8.

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Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist das Gefäß 24· mit einem inneren Filter 25 und einer Schaufel 26 zur Entfernung des Filterkuchens in Form von olgesättigtem Fasermaterial versehen, um dieses wieder in die Eontaktzone

27 rückzuführen. Auch hier ist -das Gefäß 24- mit einem Rührer

28 auf Welle 34- ausgestattet, die Emulsion wird bei 29 zugeführt, das öl bei 30 und die xrässrige Phase bei 31 abgeführt. Das Gefäß wird wieder mit der Faseraufschlämmung beschickt. Zur Auftrennung einer Öl-in-Wasser-Emulsion in Öl und im wesentlichen ölfreies V/asser wird eine Papierauf schlämmung angewandt.

Bei Betrieb dieser Vorrichtung wird die Emulsion bei 29 (siehe Pfeil 35) eingespeist, der Eülirer in Bewegung gesetzt. Sobald das Fasermaterial ölgesättigt ist, steigt öl auf und bildet die ölschicht 32 auf der im wesentlichen wässrigen Phase in der Kontaktzone 27- Öl wird ausgetragen über 30 (siehe Pfeil 36). Gleichzeitig strömt die wässrige Phase durch das zylindrische Filter 25 "und über 31 aus dem Gefäß. Der Ablauf ist im wesentlichen feststoffrei, da das Fasermaterial durch das Filter 25 zurückgehalten wird. Der ölgehalt der wässrigen Phase ist herabgesetzt, vorzugsweise auf zumindest 30 ppm, insbesondere weniger als 10 ppm.

Wenn die wässrige Phase durch das Filter 25 strömt, so sammelt sich an der Innenseite des Filters das faserige MatexrLal und bildet einen Filterkuchen (nicht gezeigt). Es baut sich ein kleiner Filterkuchen, vorzugsweise weniger als 1 cm dick, auf. Dies ist vorteilhaft, da die Tröpfchen der dispersen Phase in dieser Faserschicht zurückgehalten werden. Ein übermässiger Aufbau von Filterkuchen ist jedoch nicht günstig, deswegen ist der Flügel 26 vorgesehen, der zumindest eilten Teil des Filterkuchens wieder in die Kontakt zone rück-

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führt, entweder durch Abschaben oder durch entsprechende Turbulenz in unmittelbarer Nachbarschaft des Filterkuchens, so daß aus diesem Fasern freigesetzt werden.

Beispiel

Eine Vorrichtung nach Fig. 2 im Laboratoriumsmaßstab wur-'de angewandt zur Entfernung von Öl aus einer im Laboratorium hergestellten Emulsion, enthaltend 500 ppm Rohöl, Dichte 0^9 (35° API), mit einer Viskosität in der Größenordnung von 1 bis 2 cP, dispergiert in Seevmsser eines simulierten Ölfeldes mit einem gesamten Salzgehalt (NaCl, CaCl-, MgGIp) von 10 %. Die öldispersion zeigte einen Durchmesser von etwa 2 bis 10 al wobei der Hauptteil der Tröpfchen einen Durchmessei¹ von etwa 6

Das Gefäß 24 war hergestellt aus einem Zylinder aus PoIymethylmetacryTat, Durchmesser 13 cm, Arbeitshöhe 57 cm, Höhe des zylindrisehen Filters25 26 cm. Das Filter 25 war aufgebaut aus einem Hetz aus korrosionsbeständigem Stahl, Siebweite Q84 mm (20 mesh)j'an der Innenseite bedeckt mit einem Baumwollgewebe und an der Außenseite mit einem mit Glaswolle an Ort und Stelle gehalten mit Hilfe eines Kreuzspulgewebes. Der Innendurchmesser des Filters 25 betrug 10,4 cm und der Zwischenraum zwischen Außenkante des Flügels 26 und dem Filter 25 etwa 3 mm. Der Rührer 28 hatte einen Durchmesser von 7i8 ^cm (US-Patentschrift 2 787 448).

In den Behälter 24 wurde eine wässrige Aufschlämmung, enthaltend 5 000 ppm, zerfasertes Zeitungspapiers eingebracht. Die Fasern hatten einen mittleren Durchmesser von 10 bis 15 Ai und eine Länge zwischen 0,8 und 2 mm. 5 dar dieser Aufschlämmung wurden eingebracht, εο daß eich ia Behälter 25 g Papierstoff befanden.

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Bei Betrieb betrug die Spexsegeschwindigkext der Emulsion 0,5 l/min, der Rührer hatte eine Umdrehungsgeschwindigkeit von 110-120 UpM.in etwa entsprechend der Speisegeschwindigkeit wurde bei 31 im wesentlichen ölfreies Wasser abgezogen. Nach etwa 1 h hatte sich eine Ölschicht 32 auf der Flüssigkeit gebildet οderen Dicke kontinuierlich zunahm, bis die Schicht den Auslaß 30 erreichte und in ein (nicht gezeigtes) Auffanggefäß gelangte.

Nach elnex" Betriebs zeit von 168 h wurde der Ölgehalt der ablaufenden wässrigen Phase gemessen (Benzolextraktion photolaetrisch) und mit 3 ppm festgestellt. Nach einer Arbeitszeit von 353 h betrug der Ölgehalt der wässrigen Phase nur 4- ppm. Nach dieser Zeit waren fast 6 1 (5,295 kg) Öl aus 10 590 1 Emulsion entfernt worden, Kurs danach wurde der Versuch abgebrochen durch mechanischen Schaden der Vorrichtung. Während der etwa zweiwöchigen ununterbrochenen Betriebszeit stellte nan keine Beschädigung des - Zeituiigspapiers fest, noch wurde neues Zeitungspapier aufgegeben.

Daraus ergibt sich ein Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Vex'fahrens darin, daß die Emulsion kontinuierlich gebrochen wird, ohne· daß wesentliche Mengen an wertlosen ölgesättigten Feststoffen entstehen, von denen das Öl abgetrennt werden muß, und auch ohne der Notwendigkeit, umfangreiche Absetzanlagen für die Trennung des zusammengelaufenen Öls vom Wasser. Eine gegebene Fasermenge kann lange, nachdem sie mit Öl gesättigt ist, unter den herrschenden Betriebsbedingungen arbeitsfähig bleiben. Im allgemeinen kann man eine bestimmte Fasermenge verwenden, bis etwa zumindest das zehnfache Gewicht der dispersen Phase abgetrennt ist. Bei vielen Anwendungsgebieten übersteigt die Faserlebensdauer diese Grenze, z.B. im obigen Beispie], war bei Beendigung des Versuches mehr als 200 mal

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soviel öl bereits abgetrennt, als dem Gewicht des Papiers entsprach, ohne daß es zu einer nennenswerten Verringerung der Wirksamkeit des Verfahrens kam.

Der Mechanismus, nachdem die Trennung der dispersen Phase aus der Emulsion stattfindet, ist zur Zeit noch nicht vollständig zu überblicken. Es wird angenommen, daß in der bewegten Eontaktzone (23 in Tig. 1 bzw. 27 in Pig. 2) sich zwei oder mehrere Fasern so zusammenlegen oder -klumpen, daß sie die disperse Faser einfangen, ohne daß die Tröpfchen notwendigerweise an den Fasern haften oder auch nur mit diesen in Berührung kommen (wie oben erwähnt, sind die Fasern in der Hauptsache von der kontinuierlichen Phase benetzt). Wenn ein Faserklumpen und eingefangene disperse Phase sich durch die Koiitaktzone bewegen, so kommen sie mit weiteren Tröpfchen in Berührung. Diese laufen zusammen mit den vorher eingefangenen Tröpfchen unter Bildung großer Tropfen. Es kann vermutet werden, daß die Faserklumpen dauernd aufgeteilt werden in nicht zusammenhängende Fasern in der Kontaktzone. Venn dies stattfindet, v/erden größere Tropfen, die vorher eingefangen waren, freigesetzt und bewegen sich dann in dem Gefäß aufgrund des relativen Dichteunterschieds zwischen disperser Phase und kontinuierlicher Phase.

So kann angenommen v/erden, daß das Verfahren über einen dynamischen Mechanismus arbeitet, in welchem Faserklumpen kontinuierlich aufgeteilt werden und freie Tröpfchen bilden. Das Fasermaterial wird mit disperser Phase gesättigt an einem Punkt, an dem die Geschwindigkeit des Tröpfcheneinfangs gleich ist dem Freisetzen der Tröpfchen durch Aufteilen der Klumpen. Der Prozeß findet sich an diesem Punkt im wesentlichen in stationärem Zustand und solang die Arbeitsbedingxuigcn innerhalb des Behälters nicht geändert werden, ist die Gesamt menge an durch die Faserklumpen in einer gegebenen Zeit fangene disperse Phase im wesentlichen konstant.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Auf trennung einer Emulsion in die kontinuierliche und die disperse Phase, dadurch gekennzeichnet , daß man sie in einer Kontaktzone mit einem in einer Flüssigkeit suspendierten faserigen Feststoff in Berührung bringt und getrennt die kontinuierliche Phase und im wesentlichen die von Faserstoff freie disperse Phase abzieht.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die aus getragene kontinuierliche Phase' die disperse Phase in wesentlich reduzierter Konzentration enthält.

   5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Fasermaterial anwendet, welches bevorzugt von der kontinuierlichen Phase benetzt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß man eine Öl-in-Wasser-Emulsion aufarbeitet und als faseriges Material einen zerkleinerten Zellstoff, insbesondere Papier, speziell alte Zeitungen, anwendet.

   5* Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet » daß die faserigen Materialien anfänglich im wesentlichen keine disperse Phase enthalten und diese aus der Emulsion aufnehmen bis zu einem Sättigungsgleichgewicht,

   ipanworaufhin/bei weiterer Emulsionszufuhr die von Fasermaterial freie disperse Phase getrennt von der kontinuierlichen Phase abzieht.

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   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß man zumindest 10 g faserfreie disperse Phase je g Fasermaterial in der Kontaktzone austrägt.

   7. Verfahren nach Anspruch 1 Ms 4, dadurch gekennzeichnet , daß man die Emulsion mit im wesentlichen mit disperser Phase gesättigtem, disperse Phase einfangendeia Fasermaterial in Berührung bringt.

   8. Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet , daß die kontinuierliche Phase Vasser, die disperse Phase Öl, das Fasermaterial vorzugsweise von Wasser,benetzt, im wesentlichen mit öl gesättigt ist.

   9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e k en η zei'chnet , daß man aus der Kontaktzone ein Gemisch von kontinuierlicher Phase und disperse Phase festhaltendes Fasermaterial austrägt und die kontinuierliche Phase abtrennt.

   10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß man das disperse Phase enthaltende Fasermaterial in-die Kontaktzone rückführt.

   11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch ' gekennzeichnet , daß man ein Fasermaterial in wässriger Suspension in Form ven zerkleinertem Zeitungspapier, enthaltend 500 bis 20 000 ppm, anwendet.

   12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß man eine Emulsion mit einem ölgeholt von weniger als 40 000 ppm aufarbeitet.

   "13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß man den ölgehalt auf weniger als 30 ppm absenkt. _ 19 .

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   14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß man als Fasermaterial zerkleinertes Zeitungspapier anwendet, dessen lasern eine Länge von 0,1 "bis 10 mm besitzen.

   15- Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man die wässrige Aufschlämmung des Fasermaterials in das Gefäß aufgibt, kontinuierlich Emulsion einspeist, den Gefäßinhalt rührt und gleichzeitig kontinuierlich im wesentlichen von Fasermaterial freie ölphase und wässrige Phase mit geringerem ölanteil abzieht.

   16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß man mit der wässrigen Phase zumindest etwas Fasermaterial abzieht, dieses dann von der wässrigen Phase trennt und in die Kontakt zone rückführt.

   17- Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß man das faserige Material von der wässrigen Phase abfiltriert.

   18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 17, bestehend aus einem Gefäß zur Aufnahme eiiiex^% wässrigen Suspension im wesentlichen ölgesättigten öleinfangenden Fasermaterials, Rührmittel, Einspeisung für die Emulsion, Ableitung für die ölphase und für die wässrige Phase.

   19. Vorrichtung nach Anspruch 18,, gekennzeichnet durch eine Abscheidung für mit der wässrigen Phase ausgetragenem ölgesättigtem, öleingefangenem Fasermaterial.

   20. Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet - durch Rückführungen für das Fasermaterial in das Gefäß. . .

   3098Ö4/U04

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