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Verfahren und Vorrichtung zum Aufarbeiten von Ölemulsionen
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Anwendungsgehiet der Erfindung Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren und die zugehörige Vorrichtung zum chargenweisen Aufarbeiten von Ölemulsionen,
wobei eine Vorbehandlung, eine Membranfiltration und eine Nachbehandlung erfolgen.
Sie ist zum Aufarbeiten nicht mehr einsatzfähiger Tlzühlschmiermittel vorgesehen,
kann aber gleichermaßen auch beim Aufarbeiten.anderer Emulsionen aus mineralischen,
pflanzlichen oder tierischen Ölen bzw. Fetten angewendet werden.
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Charakteristik der bekannten technischen lösungen Es sind Verfahren
zum Aufarbeiten von Ölemulsionen bekannt, die eine Vorbehandlung der Emulsion, die
Anwendung der Membranfiltration und eine Nachbehandlung des Konzentrats zwecks weiterer
.4nreicherung mit Öl vorsehen. Im einzelnen sind Absetzen, oeparieren, Filtrieren
und Vorentölen durch chemisches Brechen der Emulsion als Vorreinigungsstufen bekannt.
Außerdem muß meist eine Temperierung der Emulsion erfolgen, damit die Membranfiltration
unter optimalen Bedingungen ablauft.
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Die mit der Vor- und Nachbehandlung kombinierten Membranfiltrationsverfahren
sehen ein chargenweises Konzentrieren der Emulsion bis zu einem bestimmten Ölgehalt
und den anschließenden Ausstoß des gesamten in der Anlage enthaltenen lionzentrates
vor. Andere Membranfiltrationsverfahren, die auch zum Aufarbeiten von Ölemulsionen
geeignet sind, arbeiten ohne entsprechende Vor- und Nachbehandlung der Emulsion
bzw. des ölhaltigen Produktes.
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Als Nachbehandlung zwecks weiterer Ölanreicherung sind wiederum Absetzen,
Separieren, eine chemische Behandlung und Verdampfen bekannt. Die zugehörigen Vorrichtungen
bestehen aus Einzelaggregaten, die nacheinander von der Emulsion durchlaufen werden
und die iiber entsprechende Einrichtungen für die Ubernahme von einer Stufe in die
andere verfügen.
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ei einer kritischen Analyse und der praktischen Erprobu der dem Stand
der Technik entsprechenden Verfahren und Vorrichtungen stellt man fest, daß die
Vorreinigung durch Absetzen hohe Verweilzeiten, d. h. große Behalter erfordert und
außerdem oft lmbefriedigende Effekte bietet. Das Separieren und Filtrieren ist mit
hohem apparatetechnischen Aufwand verbunden. Beim Filtrieren kommt es außerdem oft
zu einem schnellen Verkleben der Filtermittel. Das Vorentölen durch chemisches Brechen
ist mit einem erheblichen Aufwand verbunden und stellt die meisten mit der Membranfiltration
beabsichtigten Steigerungen der Effektivität in Frage.
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Da die Vorbehandlung meist auch ein Temperieren der Emulsion einschließen
muß, bei der wiederum nicht gleichzeitig die Vorreinigungsverfahren durchgeführt
werden können, sind die Vorbehandlungsstufen als sehr aufwendig anzusehen.
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Andererseits hangt das Verhalten der Emulsion während der Membranfiltration
stark vom Erfolg der Vorbehandlung ab, so daß einer Peduzierung des Aufwandes auf
der einen Seite Mehraufwand auf der anderen Seite gegenübersteht. Das Entleeren
und Zwischenstapeln des Konzentrats erhöht den Gesamtaufwand des Verfahrens. Bei
der Erprobung von bekannten Membranfiltrationsverfahren zum Auferbeiten von Ölemulsionen
ohne Vorbehandlung stellt sich heraus, daß die Anlagenleistung unvertretbar schnell
absinkt. Es muß nachträglich einer der o. g. Vorbehandlungsschritte hinzugefügt
werden. Der Verzicht auf eine Nachbehandlung des Konzentrats bringt es mit sich,
daß das gewonnene Konzentrat noch relativ viel :Yasser enthält, das die Weiterverarbeitung
stört oder verteuert.
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Die bekannten Nachbehandlungsstufen Absetzen, Separieren, chemische
Behandlung unterliegen den gleichen Nachteilen, die für die Vorbehandlungsstufen
aufgezeigt wurden. Das Verdampfen ist ein energieaufwendiges Verfahren, das um so
teurer wird, je höher der Wassergehalt im Konzentrat ist. Ein Nachteil der bekannten
Aggregationen aus Vorbehandlung, Membranfiltration und Hachbehandlung besteht darin,
daß kein funktioneller Zusammenhang zwischen den einzelnen Behandlungsschritten
besteht, so daß eine z'lutzung der vorhandenen Ausrüstungen sowohl firr die Vorbehand-Lung
als auch für die Membranfiltration nicht möglich ist.
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Das erhöht die Aufwendungen zur brrichtung solcher Anlacen.
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Die Vorrichtungen zur Durchführung der bekannten Verfahren sind entsprechend
den Einzelschritten dieser Verfahren - oft gleichzeitig - platzaufwendig. teuer
und mit hohem Bedienungsaufwand zu betreiben.
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Ziel der Erfingund Ziel der Erfindung ist es, ein effektiver und wirtschaftlicher
arbeitendes Verfahren zum Aufarbeiten von Ölemulsionen und eine zugehörige Vorrichtung
zu entwickeln.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren und die zugehärige Vorrichtung zum Aufarbeiten von Ölemulsionen
zu schaffen. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, ein bekanntes, mit kontinuierlichem
Austrag von ölangereichertem Schaum arbeitendes Membranfiltrationsverfahren so mit
einer Vorbehandlung der Emulsion und einer Nachbehandlung des Konzentrats zu kombinieren,
daß sich das chargenweise Entleeren der Anlage erübrigt, daß bei der Vorbehandlung
gleichzeitig mit einer effektiveren Vorreinigung eine Temperierung der Emulsion
erfolgt, daß durch die Nachbehandlang ein stark mit Öl angereichertes Konzentrat
auf einfache Weise erzeugt wird und daß die zur Vor- und Nachbehandlung erforderlichen
Ausrüstungen auch während der Membranfiltration genutzt werden. Die zugehörige Vorrichtung
soll die Durchführung des Verfahrens mit einfachen technischen Mitteln sowie geringem
Platz-und 3edienungs£ufwand gewährleisten.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ölemulsion
zunächst durch Flotation, vorzugsweise durch Druckflotation, vorgereinigt wird,
wobei gleichzeitig die Temperierang erfolgt, daß anschließend in bekannter Weise
das Membranfiltrationsverfahren gemäß WP B01 D 208 452 erfolgt, dessen kennzeichnende
Merkmale die kontinuierliche Zuführung eines Gasstromes zum Beschickungestrom vor
Eintritt in die Pumpe und die Abscheidung von Schaum aus dem Beschickungestrom nach
demaTerlassen der Membrantrenneinheiten sind, und daß der während der
Vorreinigung
und der Membranfiltration anfallende, ölangereicherte Schaum nachbehandelt wird,
indem er in einen Zersetzungsbehälter grelangt, dessen blauf zurück in die Emulsion
flief3t, w; rend die entstandene leichtere Phase nach Ansammlung einer größereti
Menge abgelassen und der Weiterverwertung zugeführt wird.
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Die aus Vorratsbehälter mit Heizung, Pumpensaugleitang mit taftansaugstutzen,
Pumpe, Druckleitung, Membrantrenneinheiten, Drossel-Organ, Schaumabscheidebehälter
und Zersetzungsbehälter bestehende Vorrichtung enthält erfindungsgemäß in der Druckleitung
einen Abzweig mit Drosselorgan, der direkt zum Einlauf des Schaumabscheidebehälters
führt sowie eine Absperrmöglichkeit, beispielsweise einen Zweiwegehahn oder zwei
im Wechsel geöffnete Ventile, die den Strömungsweg der Emulsion wahlweise über die
Trenneinheiten oder über den Abzweig zum Schaumabscheidebehälter führen. Der Schaumablaufrinne
des Schaumabscheidebehälters ist der Zersetzungsbehälter nachgeordnet:, der etwa
in halber Höhe einen verschließbaren Ablaß und in der Nähe des Behälterbodens den
Einlauf eines überlaufrohres aufweist, welches in den Vorratsbehälter mündet. Zur
Vorbehandlung der Emulsion wird durch die Absperrmöglichkeit der Strömungsweg über
den Abzweig zum Schaumabscheidebehälter freigeschaltet. Die Pumpe saugt Emulsion
und Luft an, verdichtet und vermischt beide Medien, am Drosselorgan im abzweig erfolgt
die Entspannung, die im Schaumabscheidebehälter zur Flotation genutzt wird, bei
der mit dem Schaum freies Öl und Schmutzpartikel ausgeschieden werden. Durch Einschalten
der Heizung im Vorratsbehälter während der Vorreinigung erfolgt gleichzeitig die
Temperierung der Emulsion. Nach Abschluß der Vorbehandlung wird die Absperrmöglichkeit
in der Druckleitung umgeschaltet, so daß der Strömungsweg über die Trenneinheiten
und das zugehörige Drosselorgan zum Schaumabscheidebehälter verläuft. Nunmehr ist
ein Zustand hergestellt, der die Durchführung des beschriebenen bekannten Membranfiltrationsverfahrens
gewährleistet.
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Der beim Vorbehandeln und der Membranfiltration anfallende Schaum
fließt dem nachgeordneten Zersetzungsbehälter zu. Es entsteht ein stark mit Öl angereichertes
Konzentrat, das sich als aufschwimmende Schicht von einer Restemulsion trennt. Das
lZerlaufxohr leitet die Restemulsion ständig zum Vorratsbehëlter ab.
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her verschließbare Ablaß ermöglicht eine chargenweise Entnahme der
tark mit Öl angereicherten, aufschwimmenden Schicht.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung wird erreicht, wenn
die Absperrmöglichkeit in der Druckleitung durch automatisierte Elemente realisiert
wird, beispielsweise durch zwei Magnetventile und eine zugeordnete Schaltsteuerung
mit Kontaktthermometer, Schaltrelais zum Steuern der Magnetventile und zum Ein-und
Ausschalten der Heizelemente. Es wird so ein automatischer Ablauf des gesamten Verfahrens
ohne äußere Eingriffe gewährleistet, da die Umschaltung von Vorbehandlung auf Membranfiltration
allein durch Umschalten der Absperrmöglichkeit in der Druckleitung und durch Ausschalten
der Temperierung gewährleistet ist.
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zeine weitere Ausgestaltung erfährt die Vorrichtung dadurch, deß die
Schaumablaufrinne mit einer Heizung versehen wird oder daß ein beheizter Kanal zwischen
Schaumablaufrinne und Zersetzungsbehälter angeordnet wird. Das Zersetzen des Schaumes
und die Ölanreicherung im Zersetzangsbehälter werden dadurch verbessert.
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Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels
erläutert werden.
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In der zugehörigen Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durobführung
des Verfahrens schematisch dargestellt, welche für die Aufarheitung verbrauchte
Schneidölemalsion eingesetzt wird.
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Der Vorratsbehälter 1 mit ca. 0,6 m3 Fassungsvermögen und die auf
dem Vorratsbehälter 1 aufgebauten Bauteile - selbstansaugende Kreiselpumpe 2, Memhrantrenneinheiten
3, Schaumabscheidebehälter 4 mit 0,1 m3 Volumen und Zersetzungebehälter 5 mit 0,06
m3 Volumen ind die Ilauptteile der Vorrichtung.
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Der Vorratsbehälter 1 ist mit einem Siebeinsatz 6 und Heizelementen
7 versehen. Die Pumpensaugleitung 8 enthält den Luftansaugstut.en 9, der zwecks
Kontrolle der Luftmenge mit einem Rotameter 10 ver@ehen ist.
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In der Druckleitung 11 ist entsprechend der erfindunsgemäßen Lösung
ein Abzweig 12 angeordnet, der ein Drosselventil 13 enthält und der in den Schaumabscheidebehälter
4 einbindet.
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Durch das Magnetventil 14 am Eingang des Abzweiges 12 und. das Magnetventil
15 in der Druckleitung 11 nach dem Abzweig 12 wird die geford.erte Absperrmöglichkeit
zum wahlweisen Fahren über den Abzweig 12 oder die Membrantrenneinheiten 3 realisiert.
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Den Magnetventilen 14 und 15 sowie den Heizelementen 7 zugeordnet
ist die Schaltsteuerung 16. Diese besteht im wesentlichen aus einem Kontaktthermometer
17, das in den Emulsionskreislauf ein-@ebracht ist und aus Schaltrelais, die bei
Unterschreiten der geforderten Temperatur Magnetventil 14 öffnen, Magnetventil 15
schließen und die Heizung einschalten. Nach Erreichen der eforderten Temperatur
werden die Schaltzustände umgekehrt.
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Der Schaumabscheidebehälter 4 enthält dem einlauf nachgeordnete Beruhigungsgitter
18, eine Schaumaustragvorrichtang 19, eine geneigte Schaumablaufrinne 20 und ti'berlaufrohre
21 für die vom Schaum getrennte Emulsion. Die Schaumablaufrinne 20 mündet in den
nachgeordneten Zersetzungsbehälter 5. Dieser hat eenber dem Schaumzulauf ein kurz
über dem Behälterboden endendes t<herlaufrohr 22, das in den Vorratsbehälter
1 führt, sowie etwa in halber Höhe einen Ablaßhahn 23. Am Sichtfenster 24 sind Marken
angebracht, die den Bereich anzeigen, der ein Ablassen der aufgeschwommenen Schicht
zuläßt bzw. erfordert.
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Zur Durchführung des Verfahrens wird der Vorratsbehälter 1 üter den
Siebeinsatz 6 mit der Ölemulsion befüllt. Grobe Verunreinigungen werden vom Siebeinsatz
6 zurückgehalten. Da die Temperatur der angelieferten Ölemulsion unter der geforderten
Temperatur von ca. 30 0C liegt, wird nach Sinschaltung der Vorrichtung Magnetventil
14 geöffnet, Magnetventil 15 geschlossen und die Heizung eingeschaltet. Die Emulsion
wird unter Zumischung von Luft angesaugt, verdichtet und nach der Entspannung im
Drosselventil 13 dem Schaumabscheidebehälter 4 zugeführt. Dadurch erfolgt die Vorreinigung
durch Flotation und gleichzeitig die Temperierung.
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Nach Erreichen der geforderten Temperatur ist die Vorbehandlung abgeschlossen.
Durch die Schaltsteuerung 16 wird automatisch der
Ubergung zum
bekannten, bereits vorn beschriebenen Membranfiltrationsverfahren herbeigeführt.
Der bei der Vorbehandlung' unrl bei der Membranfiltration anfallende, mit Öl angereicherte
Schaum wird durch die Schaumaustragvorrichtung 19 in die Schaum-..blaufrinJIe 20
befördert und gelangt zur Nachbehandlung in den 7er. etzunnebehälter 5. Hier wird
der bereits mit Öl angereicherte schaum in ein wesentlich stärker ölhaltiges Konzentrat
und eine Restemulsion zerlegt. Die zur Vor- und Nachbehandlung erforderlichen Ausrüstungen
werden also weitestgehend auch während der embranfiltration genutzt. Die Restemulsion
gelangt zurück in ten Vorratsbehälter 1, das Konzentrat wird nach Ansammlung einer
entsprechenden Menge Öl abgelassen.
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Wähj:'end der Durchführung des Membranfiltrationsverfahrens wird die
im Vorratsbehälter 1 befindliche Emulsionsmenge immer weiter reduziert, bis der
Behälterinhalt aufgearbeitet ist. Da bei dem beschriebenen, bekannten Membranfiltrationsverfahren
der Emulsion während der Aufarbeitung ständig Öl und andere Inhaltsetoffe entzogen
werden, unterbleibt die bei den anderen bekannten Verfahren unvelmeidliche Aafkonzentrierang
der Emulsion auf solche Konzentrationen, die einen weiteren Verbleib in der Anlage
verbieten und ein Entleeren erforderlich machen. Deshalb kann im Gegensatz zu den
bislang prsktizierten Verfahren nach Aufarbeitung des Behälterinhalts und evtl.
durchzuführender Spülung der Membrantrenneinheiten 3 sofort die nächste Charge Ölemulsion
in den Vorratebehälter 1 gefüllt und das Verfahren erneut durchgeführt werden.
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Bezugszeichenaufstellung 1 Vorratsbehälter 2 selbstansaugende Pumpe
3 Membrantrenneinheiten 4 Schaumabscheidebehälter 5 Zersetzungsbehälter 6 Biebeinsatz
7 Heizelemente 8 Pumpensaugleitung 9 Luftansaugstutzen 10 Rotameter 11 Druckleitung
12 Abzweig 13 Drosselventil 14 Magnetventil 15 Magnetventil 16 Schaltsteuerung 17
Kontaktthermometer 18 Beruhigungsgitter 19 Schaumaustragvorrichtung 20 Schaumablaufrinne
21 Überlaufrohre 22 Überlaufrohr 23 Ablußbahn 24 Sichtfenster
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