DE2856248A1

DE2856248A1 - Verfahren zum trennen von gemischen, bestehend aus organischen stoffen, insbesondere kohlenwasserstoffen und wasser, dampf oder luft

Info

Publication number: DE2856248A1
Application number: DE19782856248
Authority: DE
Inventors: Friedrich Carl; Gerhard Dorn
Original assignee: Anlagen und Filterbau & C GmbH
Current assignee: Anlagen und Filterbau & C GmbH
Priority date: 1978-12-27
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1980-07-17

Description

Bezeichnung: Verfahren zum Trennen von Gemischen, be-
stehend aus organischen Stoffen, insbesondere Kohlenwasserstoffen und Wasser, Dampf oder Luft Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Gemischen, bestehend aus organischen Stoffen und Wasser, Dampf, Luft oder dergleichen nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.
Zur Unterdrückung der Umweltverschmutzung sind in der Hauptsache Gemische aus Öl und Wasser zu trennen, sogenannte Öl-in-Wasser-Emulsionen. Um eine solche Trennung durchzuführen und anschließend das gewonnene Öl zum Beispiel abbrennen zu können, sind eine Reihe von Verfahren entwickelt worden, die wie folgt zu klassifizieren sind: 1. Chemische Verfahren. Bei diesen Verfahren erfolgt die Spaltung der Emulsion durch Zusatz von chemischen Spaltsubstanzen. Diese Verfahren sind aufwendig und teuer, insbesondere wenn größere auf dem Meerwasser schwimmende Ölteppiche vernichtet werden sollen.
2. Es sind physikalische Verfahren bekannt geworden, bei denen Adsorbentien verwendet werden, die einerseits hydrophob, d.h. wasserabweisend sind und andererseits oleophil, d.h. ölfreundlich. Diese Adsorbentien saugen das Öl durch ihre Poren auf. Durch Blähen der Adsorbentien, beispielsweise von Perlit, und auch durch Überziehen'der Perlitkörner mit einer Silikonemulsion wird einerseits die innere Oberfläche der Adsorbentien vergrößert, so daß die einzel- nen Perlitkörner ein Mehrfaches ihres Eigengewichtes an Öl aufnehmen können, und andererseits eine besonders ölfreundliche Atmosphäre geschaffen.
Auch diese Adsorbentien werden beispielsweise auf einen im Meer schwimmenden Ölteppich gestreut, was wiederum sehr aufwendig und teuer ist, da hier stets größere Flächen mit den Adsorbentien behandelt werden müssen. Andererseits ist der Vermischungsgrad der Adsorbentien mit dem Öl bei dieser Anwendung relativ gering, so daß kein befriedigendes Ergebnis erhalten wird.
Saugt man dagegen die Öl-in-Wasser-Emulsion zunächst ab und führt sie in einen Behälter, was beispielsweise bei der Reinigung von Industrieabwässern vornehmlich durchgeführt wird, dann können die Adsorbentien in diesen Behälter gegeben und hier verquirlt werden. Der Aufsaugvorgang ist bei diesem Verfahren besser, da die Adsorbentien intensiver mit dem Öl in Berührung kommen. Dieses Verfahren ist aber ebenfalls aufwendig und erfordert darüber hinaus einen großen Zeitaufwand, denn beispielsweise wird eine Sättigung der Perlitkörner mit Öl erst nach 10 bis 40 Minuten oder noch länger erreicht.
3. Thermische Verfahren. Man benutzt bei diesen Verfahren die unterschiedlichen Siedepunkte des Wassers und des Öles und läßt sozusagen zunächst das Wasser verdampfen, so daß das Öl zurückbleibt, um dann später als Ölkuchen abgeschöpft und verbrannt zu werden. Dieses Verfahren ist ebenfalls ein sehr zeitraubendes Verfahren.
4. Mechanische Verfahren. Die Trennung der Emulsion erfolgt durch rein mechanische Einwirkungen, und zwar bedingt durch strömungstechnische Maßnahmen, indem die Kolloide durch ein Filter geleitet werden, wobei sie auf den Filterwerkstoff prallen, dabei ihre schützende Umhüllung beschädigen, so daß sich das Öl im bzw. am Filterwerkstoff ansammeln kann. Auch dieses Verfahren ist technisch nicht befriedigend, da das bloße Ansammeln von Öl am Filterwerkstoff nur unter einem schlechten Wirkun-gsgrad erfolgt.
Die Erfindung geht von der Oberlegung aus, daß nicht nur Abwässer im großen Stil gereinigt werden sollen, d.h.
mit Großanlagen, sondern daß die Vielzahl der geringeren Verschmutzungen, beispielsweise bei Motorbootmotoren, welche mit Dieselkraftstoff arbeiten und die ihre ölverschmutzten Abwasser (Lenz- oder Bilgenwasser) und Abgase dem umgebenden Wasser zuführen, so daß hinter jedem solchen Motorboot ein leichter Ölfilm zurückbleibt, in erster Linie zu beseitigen sind. Demzufolge soll das Verfahren die Möglichkeit bieten, mit geringen finanziellen Mitteln im kleineren Maßstab die Umweltverschmutzung zu verhindern. Mit anderen Worten, es soll an der Quelle gezielt eine Umweltverschmutzung verhindert werden, wozu es einer entsprechend kleinen Anlage bedarf, die darüber hinaus nicht kostspielig sein soll, damit sie tatsächlich auch ohne Schwierigkeit in die Vielzahl der einzelnen Motorboote eingebaut werden kann.
Darüber hinaus soll aber das erfindungsgemäße Verfahren auch in größerem Maßstab einsetzbar sein.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird deshalb darin gesehen, ein Verfahren zum Trennen von Gemischen aus organischen Stoffen in emulgierter oder freier Form, insbesondere Kohlenwasserstoffen und Wasser, Dampf, Luft, anzugeben, das mit einem Filter zusammenarbeitet, das es gestattet, eine preiswerte und relativ klein bauende Anlage mit großer Wirkung zu erstellen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Verfahrensschritte des Anspruches 1 gelöst.
Dadurch, daß das Filter die an sich bekannten Adsorbentien verwendet, tritt einerseits die übliche Adsorbentienwirkung auf, jedoch erfindungsgemäß in wesentlich verbesserter Form, weil die Adsorbentien beispielsweise durch Rütteln, Stauchen oder Pressen, gegebenenfalls unter Zerkleinerung der Adsorbentienkörner, so dicht aneinandergelegt werden, daß zwischen den einzelnen Körnern der Adsorbentien nur geringfügige Zwischenräume bleiben, so daß beim Durchströmen beispielsweise einer Öl- in-Wasser-Emuls ion zunächst ein rein mechanisches Aufreißen der Öltröpfchen in den zwischen den Adsorbentienkörnern befindenden Kanälen stattfindet, was das kapillare Eindringen des Öles in die Adsorbentienkörner bis zu deren Sättigung wesentlich erleichtert und beschleunigt. Es hat sich gezeigt, daß schon bei relativ geringem Druck, mit dem das Öl-in-Wasser-Gemisch durch das Filter strömt und bei relativ niedrigen Durchlaufgeschwin- digkeiten die Wirkung voll einsetzt, wodurch eine große Zahl von Vorteilen erzielt wird.
Die Filterschichtdicke ist abhängig von der Konzentration des Öles in der Öl-in-Wasser-Emulsion, ferner von der Durchflußgeschwindigkeit der Emulsion durch die Filterschicht und schließlich vom Druckverlust.
Arbeitet man mit größeren# Strömungsgeschwindigkeiten, beispielsweise größer als 3 m/sec, wird man die Filterschicht geeignet wählen oder mehrere derartige Filterschichten hintereinander anordnen.
Es hat sich gezeigt, daß Durchströmungsgeschwindigkeiten bis etwa 7 m/sec durchaus vertretbar sind, bei niedrigen Druckverlusten nämlich bis zu 3 m Wassersäule (0,3 Bar), was nach dem Stand der Technik nicht erreicht wird.
Durch Versuche wurde ermittelt, daß eine Öl-in-Wass-er-Emulsion mit einer Konzentration von 25 g Öl in einem Liter Wasser nach einem einmaligen Durchströmen einer 12 mm starken Filterschicht nur noch eine Ölverunreinigung von 2 p.p.m.# bzw. 4 p.p.m. (parts per million) aufweist.
Als weiterer wesentlicher Vorteil zu den bekannten Anlagen wird angesehen, daß die Spaltungsprozesse und somit die Filtereinheiten bewegungsunempfindlich sind. Die Verpackung der Adsorbentien unterliegt keinen Formbeschränkungen, so daß ein sehr geringes Bauvolumen der verpackten Adsorbentien erhalten wird. Nach Sättigung der Filterschichten arbeiten die Filter nach dem bekannten Koaleszenzprinzip. Man wird sie dann jedoch auswechseln. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die Filter temperaturunempfindlich sind, und zwar bis etwa 9000 Celsius, so daß nicht nur verunreinigtes Wasser durch das Filter geschickt werden kann sondern auch Dampf oder erhitzte Luft. Im übrigen ist das erfindungsgemäße Filter meerwasserunempfindlich.
Durch Zusätze von geeigneten, an sich bekannten Stoffen, wie Salze und dergleichen zu den Adsorbentien kann die Wirkung des Verfahrens verstärkt werden. Da sich zum Beispiel Salze im Laufe der Zeit auswaschen, entstehen im Filter unerwünschte Hohlräume. Deshalb wird man derartige Zusätze entweder der Filterschicht vor- oder vorteilhaft nachschalten oder aber als einheitlich geschlossene Schicht im Filter anordnen. Grundlegendes Prinzip ist aber wiederum, daß die Packung der Filterkörner dicht genug ist, um die obengenannte Doppelwirkung zu er reichen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Patentansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles entnommen werden.
Auf der Zeichnung zeigen: Fig. 1 das Filter im Schnitt; Fig. 2 die Anwendung des Filters; Fig. 3 eine Skizze zur Erläuterung der Wirkungsweise; Fig. 4 ein geändertes Ausführungsbeispiel.
Gemäß Fig. 1 sind die Adsorbentienkörner 1 in relativ kompakter Form zwischen Mänteln 2 und 3 angeordnet.
Der äußere Mantel 3 hat lediglich die Aufgabe, den inneren Mantel 2 zu verstärken, damit er sich nicht durchbiegt; denn der innere Mantel besteht aus relativ feinen, weichen Materialien, wie einem Gewebe, einem Vlies, Filz, Pappe, Papier, einem porösem Kunststoff, Glasfasern und dergleichen, wogegen der äußere Mantel ein relativ grobes Stahlgewebe oder dergleichen sein kann.
Die Adsorbentien 1 bestehen aus Adsorberharzen, Kieselgel, Kieselgur, Kieselsäure, natürlichen Silikaten, Aluminiumoxyd oder Metallhydroxyde oder ähnlichen Stoffen, vorzugsweise hochdispersen h#ydrophoben und oleophilen Glimmermaterialien mit einem Schüttgewicht von etwa 100 bis 200 g pro Liter.
Gemäß Fig. 2 ist das Filter 10 vorzugsweise als Kerzenfilter ausgebildet, d.h. es ist innen hohl und umgibt zylinderförmig den Hohlraum 11. Es kann aber auch jede andere gewünschte Form aufweisen. Oben ist es durch eine Platte 12 abgedeckt. Mittels eines Anschlußrohres 13 wird zum Beispiel die Öl-in-Wasser-Emulsion in den Hohlraum 11 des Filters gedrückt. Die Öl-in-Wasser-Emulsion durchströmt das Filter 10 in der durch Pfeile kenntlich gemachten Weise. Die Öle bleiben im Filter zurück und bei 14 tritt gereinigtes Wasser aus.
Die Filterschicht ist im vorliegenden Fall etwa 8 bis 15 mm stark.
Um die Wirkungsweise zu erläutern, sind in Fig. 3 einige Adsorbentienkörner 20 dargestellt. Man erkennt, daß zwischen den Körnern 20 Kanäle 21, 22, 23 liegen, deren lichter Durchmesser durch Rütteln, Stauchen, Pressen oder dergleichen der Adsorbentienkörner in Abhängigkeit von der zu trennenden Emulsion vorgewählt ist. Im vorliegenden Fall beträgt der lichte Kanaldurchmesser an den engsten Stellen weniger als 8 p, so daß die kolloidalen Öltröpfchen beim Vorbeiströmen an den Adsorbentienkörnern 20 in den Kanälen gegen die Adsorbentienkörner 20 prallen und hierbei ihre Oberfläche aufreißen. Hiernach kann unmittelbar in die im Innern jedes Körnchens verhandenen Kanäle 25 aufgrund der Kapillarwirkung das Öl in die einzelnen Körner 20 eindringen. Mit anderen Worten, das Aufreißen der Öltröpfchen und das Aufsaugen der Öltröpfchen durch die Adsorbentien verläuft praktisch Hand in Hand.
-Hierdurch ist eine äußerst schnelle Reinigung des verunreinigten Wassers, Dampfes oder der Luft von organischen -Substanzen, festen Materialien und auch Farbstoffen gewährleistet, denn die Wirkung ist dieselbe, wenn durch das Filter verunreinigter Wasserdampf oder verunreinigte Luft geschickt wird. Das Filter kann demzufolge auch relativ klein gehalten werden, da seine Wirkung eine bis dato nicht erzielbare Leistung erreicht.
Reicht ein Filterungsprozeß nicht aus,so kann man, wie in Fig. 4 dargestellt, zwei Filterschichten 30 und 31 hintereinanderliegend, im vorliegenden Fall konzentrisch zueinander, anordnen. Zwischen den Schichten 30 und 31 wird man einen Zwischenraum 32 freilassen, in dem sich das durch die Filterschicht 30 getretene Wasser strömungstechnisch wieder beruhigen kann, ehe es in die Schicht 31 eintritt. Die Wirkung dieses Filters ist dieselbe wie in Fig. 2 beschrieben.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Trennen von Gemischen, besteller aus organischen Stoffen, insbesondere Kohlenwasse rsto fen und Wasser, Dampf oder Luft, wie einer Öl-in-Wasser-Emulsion, unter Verwendung von hydrophoben, oleophilen Adsorbentien, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorbentien in einem liter angeordnet werden, in einer Schüttung, welche zwischen den Adsorptionskörnern Kanäle von einem I)urchmesser freilassen, welcher in etwa dem Durchmesser der kleinsten zu trennenden KohlenwasserstoI[-kolloide entspricht, und die zu trennende Emulsion durch das Filter geschickt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion mit relativ großer Strömungsgeschwindigkeit durch das Filter geschickt wird, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit größer als 3m/sec.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung mehrerer hintereinander geschalteter I:ilterschichten, welche mit Abstand voneinander angeordnet sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorbentien Adsorberharze, Kieselgel, Kieselgur, Kieselsäure, natürliche Silikate, Aluminiumoxyd oder Metallhydroxyde oder ähnliche, vorzugsweise hochdisperse hydrophobe und oleophile Glimmermaterialien in Körnerform verwendet werden mit einem Schüttgewicht von etwa 100 bis 200 g pro Liter.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Adsorbentien Salze, vorzugsweise Magnesiumsalze, wie Mg12, MgS04, zugesetzt oder vorgeschaltet oder nachgeschaltet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Salze als in die Adsorbentien eingelagerte einheitliche Schicht den Adsorbentien zugesetzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorbentien mit Aktivkohle, Säuren, Salzen, Demulgatoren, Flockungsmitteln oder ähnlichen chemischen Spaltsubstanzen angereichert bzw. vermischt oder den Adsorbentien vorgeschaltet oder nachgeschaltet werden.
8. Filter zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter eine Dicke aufweist, derart, daß der Druckverlust der das Filter durchströmenden Emulsion gering ist, etwa 0,05 Bar erreicht.
9. Filter zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dicke von etwa 8 bis 15 mm bei einer Verschmutzung von etwa 50 g Öl pro Liter Wasser.
10. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorbentien beiderseits von einem inneren und einem äußeren Mantel umgeben sind und der innere Mantel aus Gewebe, Vlies, Filz, Pappe, Papier, einem porösem Kunststoff, Glasfasern oder dergleichen besteht und mit Öffnungen versehen ist, welche einen lichten Durchmesser von kleiner als 250 p aufweisen.
11. Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es kerzenförmig mit einem inneren Hohlraum ausgebildet ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Filters zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorbentien zwischen die Filtermäntel gefüllt werden und durch Rütteln, Stauchen, Pressen oder dergleichen eine Dichte erhalten, die der geforderten Kanalgröße entspricht, gegebenenfalls unter Zertrümmerung der Adsorbentienkörner.