DE2818774C2

DE2818774C2 -

Info

Publication number: DE2818774C2
Application number: DE2818774A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. Dr. 4030 Ratingen Duerrfeld; Josef Dipl.-Ing. Hibbel; Sebastian Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Speth
Original assignee: RUHRCHEMIE AG 4200 OBERHAUSEN
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1978-04-28
Filing date: 1978-04-28
Publication date: 1979-08-30
Also published as: DE2818774B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von Dreiphasensystemen, die aus Metall bzw. wasserun- w> löslicher Metallverbindung als fester Phase, einer mit Wasser nicht mischbaren organischen Flüssigkeit und aus Wasser als flüssigen Phasen bestehen. Derartige Systeme bilden sich in Form von Schlämmen, z. B. bei chemischen und metallurgischen Prozessen sowie in der tr> Erdölverarbeitung.

Die Abtrennung von Feststoffen aus Suspensionen odex Schlämmen erfolgt üblicherweise durch mechanische Trennung z. B. Sedimentieren, Filtrieren oder Zentrifugieren. Grundsätzlich ist die Abtrennung der Feststoffteilchen um so schwieriger, je feiner sie sind und je größer ihre spezifische Oberfläche ist Bei der Sedimentation und der Zentrifugation ist die Sink- bzw. Abscheidegeschwindigkeit kleiner Teilchen geringer als diejenige größerer Teilchea

Die Abtrennung feiner Feststoffteilchen aus Suspensionen ist besonders schwierig, wenn die flüssige Phase aus zwei Substanzen gebildet wird, die ineinander nicht löslich sind. Benetzt nämlich die spezifisch leichtere Flüssigkeit die Feststoffteilchen, so sedimentiert nur ein Teil des Feststoffes mit gegenüber nicht benetzten Teilchen reduzierter Geschwindigkeit Der größere Teil bleibt in Schwebe oder schwimmt sogar auf der spezifisch schwereren Flüssigkeit auf. Eine vollständige Abtrennung des Feststoffes aus der Suspension durch Absetzen ist in diesem Fall nicht möglich.

Zur Trennung von Mehrphasensystemen der eben beschriebenen Zusammensetzung wurden spezielle Zentrifugen entwickelt Sie haben den Nachteil, daß der zur Sammlung der festen Phase dienende Raum relativ klein ist, so daß bei größeren Produktionseinheiten, wie sie in der chemischen Grundstoffindustrie, der Erdölindustrie und der Aufbereitungstechnik üblich sind, jeweils eine ganze Serie parallelgeschalteter Maschinen erforderlich werden. Schwankt der Schlammanfall im Produktionsprozeß, so muß der automatisch ablaufende Entleerungs-Füllungszyklus auf die Spitzenwerte des Schlammanfalls eingestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das es gestattet, Mehrphasensysteme der genannten Art ohne Einsatz aufwendiger Maschinen und möglichst in einer einzigen Vorrichtung zu trennen. Der bei der Trennung anfallende Feststoff soll darüber hinaus hochkonzentriert sein, so daß es nicht erforderlich ist eine weitere Trennung vom der flüssigen Phase vorzunehmen.

Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur Trennung von schlammartigen Dreiphasensystemen, bestehend aus einem Metall bzw. einer wasserunlöslichen Metallverbindung, einer mit Wasser nicht mischbaren organischen Flüssigkeit und Wasser. Es ist dadurch gekennzeichnet daß das Dreiphasensystem unter intensiver Mischung in bzw. durch eine Trennzone geleitet wird, die eine wässrige Lösung enthält, deren Oberflächenspannung oiäs etwa 0,5 N/m größer oder kleiner ist als die Oberflächenspannung o_org der organischen Flüssigkeit.

Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daß die Oberflächenspannung der wässrigen Lösung in der Trennzone der Oberflächenspannung der organischen Flüssigkeit des Dreiphasensystems angenähert ist

In der Praxis kann die Einstellung der geeigneten Oberflächenspannung der wässrigen Lösung auf verschiedenen Wegen erfolgen, so daß es möglich ist, die erfindungsgemäße Arbeitsweise unterschiedlichen Bedingungen anzupassen.

So läßt sich die Oberflächenspannung z. B. auf einfachem Wege durch Zusatz von Detergentien zu Wasser einstellen. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, da^r eine neutral reagierende Lösung erhalten wird, die keine Korrosionsprobleme aufwirft. Selbstverständlich können auch Metallsalzlösungen Anwendung finden, wobei die Oberflächenspannung der Lösung durch die Salzkonzentration variiert wird. Zweckmäßig wählt man Salze des Metalles, das — gegebenenfalls in Form

einer wasserunlöslichen Verbindung — Bestandteil des Dreiphasensystems ist

Nach einer bevorzugten Ausfühningsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die Trennzone eine wässrige Lösung, deren pH-Wert < 5 ist und insbesondere einen Wert von 2 bis 3,5 aufweist. Hierzu setzt man in der Trennzone eine wässrige Lösung ein, die Substanzen enthält, welche im Sinne einer pH-Wert-Erniedrigung wirken, also z.B. anorganische oder organische Säuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Ameisensäure, Essigsäure oder sauer reagierende Salze mehrwertiger starker Säuren, wie Bisulfate.

Die gegenüber reinem Wasser erhöhte Wasserstoffionenkonzentration führt dazu, daß die Metalle bzw. wasserunlöslichen Metallverbindungen — zu ihnen zählen insbesondere die Metalloxyde, -Hydroxyde, -Cxydhydrate und -Carbonate — teilweise in Lösung gehen und eine Herabsetzung der Oberflächenspannung des Wassers in der Trennzone bewirken.

Die wässrige Lösung in der Trennzone, deren Oberflächenspannung in der Größenordnung jener der organischen Flüssigkeit zu liegen hat, verdrängt die an den Feststoffteilchen anhaftende, organische Flüssigkeit und benetzt im Endzustand das Feststoffteilchen vollständig. Die organische Flüssigkeit, die spezifisch leichter als die wässrige Lösung in der Trennzone ist, schwimmt auf, während die Feststoffteilchen in der wässrigen Phase absinken.

Die Verdrängung der organischen Flüssigkeit von den Feststoffpartikeln gelingt um so leichter, je geringer die Differenz der Oberflächenspannung von organischer Flüssigkeit und wässriger Lösung ist Die Geschwindigkeit und Vollständigkeit der Trennung des Dreiphasensystems in seine Bestandteile ist darüber hinaus abhängig von der Verweiizeit des Dreiphasensystems in der Trennzone und vom Grad der Mischung von Dreiphasensystem und Wasser.

Im allgemeinen leitet man ein Volumenteil des Dreiphasensystems in 5 bis 10 Volumteile wässrige Lösung ein. Um die erfindungsgemäße Arbeitsweise mit technisch vertretbarem Aufwand durchzuführen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, Verweilzeiten des Dreiphasensystems in der wässrigen Lösung von 5 bis 30 Min., insbesondere von 6 bis 10 Min. einzuhalten. Eine intensive Mischung des schlammartigen Dreiphasensystems mit dem Wasser in der Trennzone, z. B. durch Verwirbeln, sorgt dafür, daß die Transportvorgänge bei der Verdrängung der organischen Flüssigkeit von den Feststoffpartikeln durch die wässrige Phase beschleunigt werden. Die intensive Mischung kann nach konventionellen Methoden, z. B. durch Rühren, Eindüsen, pulsierende Aufgabe, durchgeführt werden.

Nach dem erfindungsgemiäßen Verfahren können schlammartige Dreiphasensysteme verschiedenster qualitativer und quantitativer Zusammensetzung verarbeitet werden. Sie haben im allgemeinen pastöse Konzistenzen, sind zuweilen aber auch voluminös.

Schlammartige Dreiphasensysteme der genannten Art treten bei chemischen und metallurgischen Prozessen sowie bei der Erdölverarbeitung auf, wenn das Zusammentreffen von organischer Phase und Wasser zum Ausflocken oder Ausfallen von Metallen oder Metallverbindungen führt. Beispiele hierfür sind chemische Synthesen, die in Gegenwart von Katalysatoren ablaufen und Hydrierungen ungesättigter organischer Verbindungen, wie Fettsäuren und deren Ester, sowie Altöle.

Neben Wasser können diese Schlämme Metalle wie Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink oder sich von diesen Metallen ableitende wasserunlösliche Verbindungen enthalten. Als organische Verbindungen treten Einsatzstoffe und Produkte derjenigen Prozesse auf, bei denen die Schlämme entstehen, z. B. mit Wasser nicht mischbare Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Aldehyde, Ketone, Äther, Säuren, Ester.

Zur praktischen Durchführung des erfindungsgemä-Ben Verfahrens leitet man das schlammartige Dreiphasensystem in die Trennzone ein, das im einfachsten Fall aus einem zylindrischen Gefäß (Trenngefäß) gegebenenfalls mit Mischvorrichtungen besteht und das überschüssige wässrige Lösung mit geeigneter Oberflächenspannung enthält. Das schlammartige Dreiphasensystem wird mit der wässrigen Lösung pulsierend oder strömungsdynamisch durchmischt. Die wässrige Phase verdrängt die spezifisch leichtere organische Flüssigkeit von den Feststoffteilchen, die in der Wasserphase absinken, während die organische Flüssigkeit aufschwimmt Die Trennschicht zwischen organischer Phase und wässriger Phase kann durch einen Siphon oder eine Standregelung auf konstantem Niveau gehalten werden, so daß auch die Verweilzeit des Dreiphasensystems in der Trennzone konstant ist

Zum Austragen des abgetrennten, am Boden sich sammeinden Feststoffes können die üblichen mechanischen Austragsorgane wie Krählwerkzeuge verwendet werden.

Will man mechanische Austragsorgane im Trenngefäß vermeiden, so läßt man den am Boden des Trenngefäßes befindlichen Feststoff durch einen Austragskonus in einen Sekundärraum übertreten, wo er gegebenenfalls chemisch oder mechanisch weiterbehandelt werden kann.

Besonders geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Vorrichtung, die aus einem oben und unten geschlossenen zylindrischen Gefäß 1 besteht, das an seinem unteren Ende einen Konus 2 aufweist, einen konischen Einbau 3 mit zylindrischem Durchflußkanal 4 besitzt, der das zylindrische Gefäß 1 in eine obere Kammer 5 und eine untere Kämmet 6 teilt, in der oberen Kammer ein konisches und nach unten sich erweiterndes Aufgaberohr 7, das mit einer Zuleitung 8 in Verbindung steht, enthält, im Bereich der oberen Kammer 5 ein Gasabführungsrohr 9 sowie einen Produktablauf 10, im Bereich der unteren Kammer 6 einen Wasserablauf 11 und einen Feststoffablauf 12, sowie ein Krählwerk 13 besitzt, das über eine zentrale Welle 14 angetrieben wird. Eine Trennzone 15 wird durch eine beliebig gestaltete, am Wasserablauf 11 angebrachte Niveauregelung für die wässrige Lösung im Innern des Apparates aufgebaut

Das schlammartige Dreiphasensystem tritt in freiem Fall durch die Zuleitung 8 in die Trennvorrichtung ein und gelangt durch das Aufgaberohr 7 in den konischen Teil 3 der oberen Kammer 5, der die wässrige Lösung enthält und in dem die intensive Durchmischung von w. Dreiphasensystem und wässriger Lösung erfolgt. Der unlösliche, von der organischen Flüssigkeit befreite Feststoff fällt durch den Durchflußkanal 4 in den Konus 2 der unteren Kammer 6 und wird mit Hilfe des Kraftwerkes 13 in eingedicktem Zustand durch den '·' Feststoffablauf 12 aus der Trennvorrichtung ausgeschleust. Die überschüssige wässrige Phase wird über den Wasserablauf H abgeführt, wobei durch eine konventionelle Standrecelune das Niveau der wässrigen

Phase so eingestellt wird, daß in der sich ausbildenden Trennzone 15 zwischen der Unterkante des Aufgaberohres 7 und der Oberfläche der wässrigen, die für die Trennung des Dreiphasensystems notwendige Verweilzeit erreicht wird. In der Trennzone liegen nebeneinander wässrige Phase, dispergierter Feststoff und am Feststoff anhaftende organische Flüssigkeit vor. Die organische Flüssigkeit steigt in der Kammer 5 nach oben und wird am Produktablauf 10 abgezogen. Mit dem Dreiphasensystem gegebenenfalls in die Vorrichtung eingeschleuste gasförmige Stoffe können durch das Gasabführungsrohr 9 abgeleitet werden.

Beispiel

im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft an der Aufarbeitung des Rohproduktes der Oxo-Synthese erläutert.

Bei der Oxo-Synthese, der Umsetzung von Olefinen mit Wasserstoff und Kohlenmonoxid in Gegenwart von Katalysatoren, erhält man Aldehyde und Alkohole, in denen der Katalysator z. B. Kobalt als Carbonyl oder Hydrocarbonyl gelöst ist. Zur Abtrennung dieser Metallverbindungen behandelt man das Gemisch, gegebenenfalls unter Druck, mit Wasser oder Wasserdampf. Dabei scheidet sich das ursprünglich gelöste Kobalt in Form vom metallischem Kobalt und Kobaltoxid bzw. Kobalthydroxid ab. Es resultiert ein Dreiphasensystem, das aus organischer Verbindung, Metall bzw. Metallverbindung und Wasser besteht.

Dieses Dreiphasensystem, welches organische Phase und Wasser etwa im Verhältnis 4 :1 und 0,5 bis 5% Feststoffe enthält, wird in eine Trennzone eingeführt, in der Wasser mit einem pH-Wert von 3 bis 5 vorliegt. Nach intensiver Mischung des Dreiphasensystems und der wässrigen Lösung tritt nach einer Verweilzeit von etwa 6 bis iO Minuten eine Auftrennung der Mischphase in ihre Komponenten ein, wobei die organische Phase nach oben steigt und die Metallphase nach unten absinkt. Der sich am Boden sammelnde Feststoff wird mit Hilfe mechanischer Transportvorrichtungen ausgetragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Trennung von schlammartigen Dreiphasensystemen bestehend aus einem Metall bzw. einer wasserunlöslichen Metallverbindung, einer mit Wasser nicht mischbaren organischen Flüssigkeit und Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiphasensystem unter intensiver Mischung in bzw. durch eine Trennzone geleitet wird, die eine wässrige Lösung enthält, deren Oberflächenspannung au* etwa 0,5 N/m größer oder kleiner ist als die Oberflächenspannung a_org der organischen Flüssigkeit

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenspannung der wässri- gen Lösung durch Zusatz von Detergentien auf den gewünschten Wert eingestellt wird.

3 "rfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzei' , daß die Oberflächenspannung der wässrigen >sung durch Zusatz eines Salzes bzw. Sah ..rasches auf den gewünschten Wert eingestellt wirt-,

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennzone eine wässrige Lösung enthält, deren pH-Wert < 5 ist

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet daß der pH-Wert der wässrigen Lösung in der Trennzone 2 bis 3,5 beträgt

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß 1 Volumenteil des Dreiphasensystems in 5 bis 10 Volumenteile der wässrigen Lösung eingeleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß das Dreiphasensystem in der Trennzone mit einer Verweilzeit von 5 bis 30 Minuten, insbesondere 6 bis 10 Minuten, verbleibt

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7 bestehend aus einem oben und unten geschlossenen zylindrischen Gefäß (1), das an seinem unteren Ende einen Konus (2) aufweist, einen konischen Einbau (3) mit zylindrischem Durchflußkanal (4) besitzt, der das zylindrische Gefäß in eine obere Kammer (5) und eine untere Kammer (6) teilt in der oberen Kammer ein zentral konisch nach unten sich erweiterndes Aufgaberohr (7), das mit einer Zuleitung (8) in Verbindung steht enthält, im Bereich der oberen Kammer (5) ein Gasabführungsrohr (9) sowie einen Produktablauf (10) und im Bereich der unteren Kammer (6) mit einem Wasserablauf (11), der durch eine geeignete Niveauregelung den Aufbau einer Trennzone (15) erlaubt, einen Feststoff-Ablauf (12) und einem Krählwerk (13), das über eine zentrale Welle (14) angetrieben wird, ausgestattet ist.

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