DE3020456A1

DE3020456A1 - Verfahren zum elektrischen trennen von verduennten bitumenemulsionen

Info

Publication number: DE3020456A1
Application number: DE19803020456
Authority: DE
Inventors: Robert Bruce Martin
Original assignee: Petrolite Corp
Current assignee: Baker Petrolite LLC
Priority date: 1979-05-29
Filing date: 1980-05-29
Publication date: 1980-12-18
Also published as: IT8022174A0; MX155301A; FR2457888B1; JPS55160085A; GB2050871A; US4226690A; CA1125231A; IT1140958B; GB2050871B; FR2457888A1; JPS6361996B2; DE3020456C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entwässern und Demineralisieren von verdünnten Bitumenemulsionen, die aus Teersänden und dergleichen erhalten worden sind. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum elektrischen Trennen derartiger verdünnter Bitumenemulsionen, wobei das wäßrige Material, das ungelöste Mineralteilchen trägt, abgetrennt wird. Unter "Emulsionen" werden hierbei sowohl echte Emulsionen als auch Dispersionen verstanden, die Emulsionen ähneln.

Eines der zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus Teersänden angewandten Verfahren ist das Heißwasserverfahren zur Bitumengewinnung. In diesem Verfahren entsteht das Bitumen als Schaum auf dem Wasser. Ein zur Lösung des Bitumens befähigtes Verdünnungsmittel, gewöhnlich ein flüssiger Kohlenwasserstoff, wie Benzol, Xylol, Toluol, Naphtha, Kerosin, Ofendestillate und Dieselöle, wird dem Bitumen zugesetzt, um die Wasser-Feststoff-Trennung zu erleichtern. Diese Trennung erfolgt dann durch Zentrifugieren, z.B. unter Verwendung von "Bird"-Niedergeschwindigkeits-Spiralzentrifugen und daran anschließend "Westfalia"-Hochgeschwindigkeitszentrifugen, die von der Bird Machine Company bzw. der Westfalia Separator AG hergestellt werden.

Dieses und ähnliche Verfahren sind in der Ca-PS 918 091 und den US-PSen 2 968 603, 3 900 389 und 4 035 282 beschrieben. Die wichtigsten Teersände, bei denen diese Verfahren angewandt werden, sind die Athabasca-Teersände, die hauptsächlich in Northern Alberta, Kanada, gefunden werden.

Das zentrifugierte verdünnte Bitumen enthält imitier noch beträchtliche Mengen an Wasser und teilchenförmigen Mineralfeststoffen. Das der Bird-Zentrifuge zugeführte verdünnte Bitumen enthält üblicherweise etwa 25 bis 30 Gewichtsprozent Wasser und etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent Mineralfeststoffe, während das von der Bird-Zentrifuge erzeugte und der Westfalia-Zentrifuge zugeführte verdünnte Bitumen etwa 20 bis 25 Gewichtsprozent Wasser und etwa bis 5 Gewichtsprozent Mineralfeststoffe enthält. Das Produkt der Westfalia-Zentrifuge enthält gewöhnlich etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent Wasser und etwa 1 bis 3 Gewichtsprozent Mineralfeststoffe.

Versuche, die Qualität des verdünnten Bitumens zu erhöhen, waren mit beträchtlichen Schwierigkeiten verbunden und es wurden bereits erhebliche Anstrengungen unternommen, ein wirksames Verfahren zur Herstellung von wirklich reinem verdünntem Bitumen mit minimalem Verlust an Kohlenwasserstoffen zu entwickeln.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein wirksames Verfahren zur Verbesserung der Qualität von verdünntem Bitumen bereitzustellen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum elektrischen Trennen von verdünnten Bitumenemulsionen, die nicht mischbare wäßrige und organische flüssige Phasen aufweisen, wobei die wäßrige Phase ungelöste Mineralteilchen trägt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

(a) zwischen einer stromführenden Elektrode und der Oberfläche eines wäßrigen Materials, das als Erde dient, ein elektrisches Gleichstromfeld erzeugt,

(b) die Emulsion unter dem Niveau der Oberfläche des wäßrigen Materials einleitet und zur Oberfläche' aufsteigen läßt,

(c) in dem elektrischen Feld einen Emulsionsbehandlungsgradienten von ausreichender Größe erzeugt, um eine

Koaleszenz des wäßrigen Materials in der Emulsion zu bewirken, sobald die Emulsion die Oberfläche des wäßrigen Materials durchbricht, wobei praktisch die gesamte Emulsion an der Oberfläche des wäßrigen Materials getrennt wird,und

(d) die bei der Trennung der Emulsion erhaltenen wäßrigen und organischen flüssigen Materialien gewinnt.

Das Gleichstromfeld kann sowohl ein kontinuierliches als auch ein pulsierendes Gleichstromfeld sein.

Die eingesetzte verdünnte Bitumenemulsion wird vorzugsweise dadurch hergestellt, daß mit Teersände mit heißem Wasser extrahiert, wobei das Bitumen als Schaum auf dem Wasser entsteht, den Schaum abtrennt und mit einem Verdünnungsmittel versetzt, so daß ein verdünntes Bitumen erhalten wird, das Wasser und ungelöste Mineralteilchen enthält. Gegebenenfalls kann das verdünnte Bitumen vor der elektrischen Trennbehandlung zentrifugiert werden, um einen Teil des Wassers und der Mineralteilchen abzutrennen. Dieses Zentrifugieren kann unter Verwendung einer Niedergeschwindigkeit szentrifuge, z.B. einer Bird-Zentrifuge, erfolgen. Das so zentrifugierte Produkt kann direkt der elektrischen Trennung zugeführt oder zunächst zum zweiten Mal zentrifugiert werden, wobei man eine Hochgeschwindigkeitszentrifuge, z.B. eine Westfalia-Zentrifuge, verwendet. Das Verdünnungsmittel ist vorzugsweise ein flüssiger Kohlenwasserstoff, insbesondere Naphtha. Vor der elektrischen Trennbehandlung kann das verdünnte Bitumen mit einemDismulgator versetzt werden, um die Klärung des Wasser-Feststoff-Abstroms zu begünstigen. Während der Behandlung wird die Emulsion bei einer Temperatur oberhalb 82⁰C (18O⁰P) gehalten.

030051/0711

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Vorrat des wäßrigen Materials im unteren Teil eines Behandlungsgefäßes gehalten, in den man die verdünnte Bitumenemulsion einleitet und zur Oberfläche des wäßrigen Materials aufsteigen läßt. Die Emulsion wird getrennt, wenn sie die Oberfläche durchbricht. Das demulgierte wäßrige Material der Emulsion kann sich in dem Vorrat des wäßrigen Materials sammeln. Das behandelte verdünnte Bitumen steigt in den oberen Teil des Behandlungsgefäßes auf. Wäßriges Material wird vom unteren Teil des Behandlungsgefäßes und behandeltes verdünntes Bitumen vom oberen Teil des Gefäßes abgezogen. Vorzugsweise hält ein Pegelregler das Niveau der Oberfläche des wäßrigen Materials auf einem bestimmten Abstand zur stromführenden Elektrode.

Das erfindungsgemäß behandelte verdünnte Bitumenmaterial besteht aus Feststoffen, Wasser, Bitumen und Verdünnungsmittel und ist sowohl ein Gemisch als auch eine Emulsion. Ein Teil des Materials ist eine Wasser-in-Öl-Emulsion, und da die Feststoffe mit Wasser benetzt sind, befinden sie sich mit dem Wasser in dem Öl. Gewöhnliche ölfeldemulsionen weisen keine mit Wasser benetzten Feststoffe; sondern mit öl benetzte Feststoffe auf und sind daher schwer trennbar. In dem verdünntem feststoffhaltigen Bitumen wird die Wasserin-Öl-Emulsion durch herkömmliche Behandlung der gewöhnlichen Erdölemulsionen mit Viechseistrom gebrochen und das einseitig gerichtete Feld hält zusätzlich die benetzten Feststoffe vom öl fern. Das elektrische Feld schafft somit eine Barriere, ähnlich einem Filter, gegen den Durchtritt der Feststoffe.

In der Zeichnung zeigen

Figur 1 einen senkrechten Schnitt durch ein elektrisches Behandlungsgefäß zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

0 3 0 0 51/0711

Figur 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Figur 3 eine Draufsicht auf einen Teil der stromführenden Elektrode von Fig. 4;

Figur 4 eine schematische Darstellung eines sich vertikal erstreckenden Behandlungsgefäßes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Figur 5 eine Draufsicht auf einen Teil einer Elektrode, die in einem sich vertikal erstreckenden Behandlungsgefäß verwendet werden kann; und

Figur 6 eine Draufsicht auf einen Teil einer anderen Elektrode, die in einem sich vertikal erstreckenden Behandlungsgefäß verwendet werden kann.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Behandlungsvorrichtung dargestellt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Die Vorrichtung umfaßt ein Metallgefäß mit einem Emulsionseinlaß 2, einem Auslaß 3 für das wäßrige Material und einem Auslaß 4 für das organische Material. Ein durch einen Schwimmer 7 gesteuerter Pegelregler 6 steuert den Flüssigkeitsstrom am Auslaß 3 und hält dadurch die Wasseroberfläche im Gefäß 1 auf einem relativ konstanten Niveau. Die Wasseroberfläche 8 ist die Grenzfläche zwischen dem Vorrat an wäßrigem Material im unteren Teil des Gefäßes 1 und der Emulsion oder dem organischen Material darüber, je nach dem Betriebszustand der Vorrichtung. Ein Verteiler 9 trennt die am Einlaß 2 eintretende Emulsion in mehrere nach oben gerichtete gleichmäßige Ströme auf. Die Emulsion strömt durch öffnungen 11 nach oben zur Wasseroberfläche 8, dann zwischen der Wasseroberfläche 8 und der stromführenden, horizontal angeordneten Elektrode 12 und schließlich zum Auslaß 4. Die Wasseroberfläche 8 dient als elektrisch geerdete Elektrode und kann als "Wasseroberflächenelektrode" bezeichnet werden. Der Pegelregler 6 ist so eingestellt, daß er die Wasseroberfläche über den öffnungen 11 des Verteilers 9 hält, der hier als umgekehrter Pfannenverteiler dargestellt ist.

030051/0711

Wie in Fig. 3 gezeigt, besteht die Elektrode 12 aus Stäben 13, die quer auf beabstandeten Kleiranträgern 14 und 16 befestigt sind. Da Flüssigkeit zwischen den Stäbe 13 strömen kann, kann man die Elektrode 12 als "permeabel" bezeichnen. Statt dessen können jedoch auch andere Arten von permeablen Elektroden oder Lochelektroden verwendet werden. Stäbe sind aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften bevorzugt und haben auch den Vorteil, daß sie keine scharfen Kanten aufweisen, an denen Hochspannungsentladungen auftreten können. Die Elektrode 12 wird von mit dem Gefäß 1 verbundenen Isolatoren 17 im Abstand von den Gefäßwänden gehalten. Sie sollte sich im wesentlichen über den Querschnitt des Gefäßes 1 erstrekken und eine ausreichende Fläche bedecken, damit in dem elektrischen Feld, das die Emulsion beim Strömen zwischen der Wasseroberfläche 8 und der stromführenden Elektrode 12 durchquert, ein wirksamer Behandlungsgradient erzeugt wird.

Die Isolatoren 17 können senkrecht verstellbar gehalten werden, so daß der Emulsionsbehandlungsgradient über den Abstand zwischen der Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 eingestellt werden kann. Zu diesem Zweck sind die Isolatoren 17 mit einem Gewindestab 18 verbunden, der sich nach oben durch Spulen 19 erstreckt, die auf dem Gefäß 1 angeordnet sind. Ein Handrad 21 ist außerhalb der Spulen 19 in Gewindeeingriff mit dem Stab 18. Eine oberhalb der Spule 19 angeordnete Stopfbuchse 22 dichtet einen glatten Bereich des Gewindestabes 18 flüssigkeitsdicht ab. Durch Drehen des Handrades 21 wird somit der Gewindestab 18 senkrecht bewegt und stellt den Vertikalabstand zwischen der stromführenden Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 ein. Vorzugsweise wird jedoch der Abstand zwischen der Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 durch den Schwimmer 7 oder den Wasserpegelregler 6 eingestellt.

030051/0711

Die Elektrode 12 wird von einer externen Gleichstromquelle 29 unter Strom gehalten, deren eine Anschlußklemme geerdet und deren andere Anschlußklemme durch eine Eintrittsbuchse 27 mit der Leitung 28 im Inneren des Gefäßes 1 verbunden ist. Die Leitung 28 schafft die Verbindung mit der stromführenden Elektrode 12. Es können beliebige Quellen für kontinuierlichen oder pulsierenden Gleichstrom verwendet werden. Ein Beispiel für eine pulsierende Gleichstromquelle ist in der US-PS 4 049 535 beschrieben.

Ein Kollektor 32 führt zum Auslaß 4. Der hier gezeigte
Kollektor besteht aus einem Rohr mit einer Vielzahl von
Öffnungen 33, durch die die Flüssigkeit eintritt und zum
Auslaß 4 strömt. Es können jedoch auch andere Kollektorformen angewandt werden. Vorzugsweise erstreckt sich der
Kollektor 32 über die Länge der Elektrode 12. Bei dieser Anordnung in dem Gefäß 1 strömt die Emulsion von dem Einlaß durch den Verteiler 9 zur Wasseroberfläche 8, durch das
elektrische Feld zwischen der stromführenden Elektrode und der Wasseroberfläche 8 und hierauf zum Auslaß 4.

Der optimale Abstand zwischen der Elektrode 12 und der Wand des Gefäßes 1 hängt weitgehend von der Art der zu behandelnden Emulsion und de/n anzuwendenden elektrischen Potential
ab. Der Abstand sollte so gewählt werden, daß die kritische Spannung der zwischen der Elektrode 12 und den geerdeten Wänden des Gefäßes 1 befindlichen Emulsion nicht gleich oder größer ist als das an die Elektrode angelegte Potential, wobei die kritische Spannung jene Spannung ist, bei der
die Emulsion hoch leitfähig wird. Diese kritische Spannung beruht vermutlich auf der Tatsache, daß in der organischen Phase der Emulsion vorhandene Substanzen bei höheren Spannungen ionisieren Eine geringe Potentialzunahme hat in diesem Fall eine große Zunahme der Stromstärke zur
Folge. Die Anwendung eines größeren, als des minimal ausreichenden Abstandes verringert den Energieverbrauch des

030 0 51/0711

1«-*
6. —

Behandlungsgefäßes. In ähnlicher Weise sollte der Abstand zwischen der Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 so gewählt werden, daß die dazwischen befindliche Emulsion nicht einem Spannungsgradienten über der kritischen Spannung ausgesetzt ist.

Im Betrieb wird an die Elektrode 12 ein ausreichendes G'leichstrompotential angelegt, damit praktisch die gesamte Behandlung der Emulsion an der Wasseroberfläche erfolgt. Wenn das Potential für diesen Zweck nicht ausreicht, kann die Emulsion gegebenenfalls immer noch zwischen der Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 getrennt werden. Bei einem derartigen Potential kann die Emulsion ein inneres "Polster" bilden, wobei das wäßrige Material von ausreichender Konzentration ist, um als geerdete Elektrode, d.h. als zweite Wasseroberflächenelektrode zu wirken. Ein derartiges inneres "Polster" kann vermieden werden, indem man die Emulsions-Strömungsgeschwindigkeit verringert, das Elektrodenpotential erhöht oder das Wasserniveau näher an die Elektrode hebt. Das Verschwinden des inneren "Polsters" zeigt an, daß an die Elektrode 12 ein ausreichendes Potential angelegt ist, bei dem praktisch die gesamte Behandlung sofort an der Oberfläche 8 des wäßrigen Materials erfolgt. Die Koaleszenz der wäßrigen Phase findet unmittelbar dann statt, wenn die Emulsion die Oberfläche des wäßrigen Materials durchbricht, wobei kein Absetzen erforderlich ist. Das an die Elektrode 12 angelegte Potential kann proportional zum Emulsionsstrom durch den Verteiler 9 in das Gefäß 1 geändert werden, um eine Behandlung an der Wasseroberfläche bei allen im Betrieb auftretenden Emulsions-Strömungsgeschwindigkeiten zu gewährleisten. Der Pegel des wäßrigen Materials kann auch als Regelgröße verwendet werden, indem man ihn mit der Stromquelle koppelt. Das System sucht und hält dann automatisch den höchsten praktischen Wasserpegel für eine optimale Betriebsführung.

Das Potential an der Elektrode 12 kann auf die höchste Emulsions-Strömungsgeschwindigkeit in dem Gefäß 1 eingestellt werden. Die bei diesem Potential herrschende Stromstärke ist dann für den maximalen Emulsions-Durchsatz der Vorrichtung ausreichend. Diese Behandlungsbedingungen gewährleisten eine wirksame Behandlung zwischen der Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 bei maximaler Emulsions-Strömungsgeschwindigkeit. Die Behandlung erfolgt an der Wasseroberfläche 8 bei allen niedrigeren Emulsions-Strömungsgeschwindigkeiten und-Durchsätzen in dem Gefäß 1.

In den meisten Fällen kann die Vorrichtung mit einem an die Elektrode 12 angelegten Potential betrieben werden, das einen Emulsionsbehandlungsgradienten von etwa 0,5 bis 4 Kilovolt bei 2,54 cm Abstand zwischen der Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 ergibt. Ein spezieller Bereich derartiger Potentialgradienten ist jedoch nicht universell anwendbar, da sich die Emulsionseigenschaften stark ändern. In jedem Fall darf der Gradient jedoch nicht den Punkt erreichen oder überschreiten, an dem kleine Potentialerhöhungen eine überproportionale Zunahme des Stromflusses durch die Emulsion bewirken, die das elektrische Feld zwischen der stromführenden Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 durchquert.

Der Emulsionsbehandlungsgradient wird daher vorzugsweise durch Regeln des angelegten Potentials so eingestellt, daß der Stromfluß ausreichend ist, um praktisch die gesamte Emulsion unmittelbar an der Wasseroberfläche 8 zu trennen, jedoch nicht ausreicht, um einen zu großen Stromfluß zu bewirken.

Anstelle des in den Fig. 1 und 2 gezeigten, sich horizontal erstreckenden Behandlungsgefäßes kann auch ein sich vertikal erstreckendes oder kugelförmiges Gefäß verwendet werden. Vertikale Gefäße eignen sich für niedrige Behandlungsge-

0300 51/0711

schwindigkeiten, wenn eine kleine Elektrode erforderlich ist. Wenn derartige Gefäße zur Erzielung der gewünschten Elektrodenfläche einen Durchmesser von 3,05 m erreichen, werden horizontale Behandlungsgefäße billiger. Kugelförmige Behandlungsgefäße haben bestimmte theoretische Vorteile, sind jedoch kostspielig und schwer transportierbar.

Vertikale Behandlungsgefäße von bis zu 3,05 m Durchmesser erfordern keinen Kollektor. Fig. 4 zeigt ein derartiges Gefäß in schematischer Darstellung. Diese Vorrichtung erfaßt ein sich vertikal erstreckendes, üblicherweise zylindrisches Metallgefäß 101 mit einem Emulsionseinlaß 102, einem Auslaß 103 für das wäßrige Material und einem Auslaß 104 für das organische Material. Ein durch ein Schwimmerventil

107 (es können auch andere, für diesen Zweck bekannte Vorrichtungen verwendet werden) gesteuerter Pegelregler 106 steuert den Strom des wäßrigen Materials aus dem Auslaß und hält hierbei die Wasseroberfläche 108 in dem Gefäß auf einem relativ konstanten Niveau. Die Wasseroberfläche

108 ist die Grenzfläche zwischen dem Vorrat an wäßrigem Material im unteren Teil des Gefäßes 101 und der darüber befindlichen Emulsion bzw. dem organischen Material. Ein unter der Wasseroberfläche 108 angeordneter umgekehrter Pfannenverteiler trennt die aus dem Einlaß 102 eintretende Emulsion in mehrere nach oben gerichtete gleichmäßige Ströme. Die Emulsion strömt aus den öffnungen 111 nach oben zur Wasseroberfläche 108, dann zwischen der Wasseroberfläche 108 und einer stromführenden, horizontal angeordneten, permeablen, planaren Elektrode, die schematisch mit 112 bezeichnet ist, und schließlich zum Auslaß 104. Der Pegelregler 106 ist so eingestellt, daß die Wasseroberfläche über den Öffnungen 111 des Verteilers 109 gehalten wird.

Die Elektrode 112 erstreckt sich im wesentlichen über den Querschnitt des Gefäßes 101, ist jedoch von den Gefäßwandungen beäbstandet. Sie kann von der in den Fig. 5 oder 6

03005 1

gezeigten Art sein. Die Elektrode wird über Stäbe 115 von Isolatoren 117 getragen, die mit dem oberen Ende des Gefäßes 101 verbunden sind. Anstelle der Elektroden der Fig. oder 6 können auch andere Arten von permeablen oder Lochelektroden verwendet werden.

Der Abstand zwischen der Elektrode 112 und der Wasseroberfläche 108 kann geändert werden, indem man den Schwimmer 107 oder den Wasserpegelregler 106 einstellt.

Die Elektrode 112 wird durch eine geeignete Hochspannungs-Gleichstromquelle 129 versorgt, deren eine Anschlußklemme geerdet und deren andere Anschlußklemme durch eine Eintrittsbuchse 127 mit der Leitung 128 im Inneren des Gefäßes 101 verbunden ist. Die Leitung 128 steht mit der Elektrode 112 in Verbindung.

Bei dieser Anordnung in dem Gefäß 101 tritt die Emulsion aus dem Einlaß 102 durch den Verteiler 109 zur Wasseroberfläche 108, strömt durch das elektrische Feld zwischen der Elektrode 112 und der Wasseroberfläche 108, die als elektrisch geerdete Elektrode wirkt, und strömt schließlich zum Auslaß 104. Die Emulsion wird an der Oberfläche des wäßrigen Materials getrennt, wobei die innere wäßrige Phase zusammenfließt und Teil des Vorrats an wäßrigem Material wird. Das wäßrige Material wird durch den Auslaß 103 abgezogen.

Die Vorrichtung von Fig. 4 hat z.B. eine Höhe von 2,75 m. Das obere Ende des Verteilers 109 ist z.B. 0,91 m über dem Boden des Gefäßes 101 angeordnet, während die Elektrode 112 z.B. 1,22 m unter dem oberen Ende des Gefäßes angeordnet ist. Der Abstand zwischen der Wasseroberfläche 108 und der Elektrode 112 kann z.B. zwischen 10,16 und 27,94 cm betragen.

030051/0711

Einzelheiten der planaren Elektrode 72 sind in Fig. 5 gezeigt. Die Elektrode 72 besteht aus Stahlbändern 73 und 74, die kreuzförmig miteinander verbunden sind. Fünf gebogene Stäbe 76, 77, 78, 79 und 81 aus 9,53 mm Stahl sind an die Bänder 73 und 74 geschweißt. Der Stab 76 hat einen Durchmesser von 6,35 cm. Die übrigen Elektrodenstäbe habe untereinander und von dem Stab 76 einen zentralen Abstand von 3,18 cm. Die Vertikalausdehnung der Elektrode 72 beträgt etwa 2,54 cm.

Fig. 6 zeigt eine alternative Form der planaren Elektrode, die mit 83 bezeichnet ist. Die Elektrode 83 umfaßt Bänder 84 und 86, die kreuzförmig verschweißt sind. Auf den Bän-r dern sind Stahlbänder 87 und 88 befestigt. Diese Bänder haben eine Vertikalausdehnung von etwa 1,91 cm und bestehen aus 1,59 mm dickem Federstahl. Selbstverständlich können auch andere permeable planare Elektrodenkonfigurationen als die von Fig. 5 und 6 angewandt werden.

Erfindungsgemäß wird verdünntes Bitumen, das beträchtliche Mengen an Mineralfeststoffen enthält, in dem Behandlungsgefäß behandelt. Diese Behandlung kann dienen:

(1) als Ersatz für die Bird-Zentrifuge, wobei die Ergebnisse auch die zweite Westfalia-Hochgeschwindigkeitszentrifuge überflüssig machen. Dies ist die bevorzugte Anwendungsform.

(2) Als Ersatz für die Westfalia-Zentrifuge im Anschluß an die Bird-Zentrifuge.

(3) Als drittes Trennverfahren im Anschluß an die Verwendung der Bird-und Westfalia-Zentrifugen.

Bei relativ niedriger Gleichstromspannung (5 bis 10 kV) kann ein Überkopföl mit nur 0,1 bis 0,3 % Wasser und 0,05_ und 0,15 % Mineralgehalt erhalten werden. Die Behandlungsvorrichtung bleibt über lange Betriebszeiten elektrisch stabil. Im Gegensatz zur Behandlung mit Gleichstrom er-

030051/0711-

gibt eine ähnliche Behandlung mit Wechselstrom ein feuchteres öl bei erhöhtem Energieverbrauch und größerer elektrischer Instabilität. Der erfindungsgemäße Effekt scheint auf den Feststoff- und Wassergehalt von verdünntem Bitumen beschränkt zu sein, da das Verfahren z.B. nicht mit Erfolg auf feuchte und verschmutzte Tank-Sumpfbestandteile anwendbar ist.

In einem Laborversuch wird eine mit Naphtha verdünnte Bird- oder Westfalia-Bitumenemulsion, die aus Athabasca-Teersänden erhalten und mit 6 ppm eines Dismulgators vermischt worden ist, in ein Labor-Behandlungsgefäß eingespeist, das eine mit Teflon (Polytetrafluoräthylen) verkleidete obere Behandlungssäule von 7,62 cm Durchmesser und einen etwa 30,48 cm langen unteren Bereich von 17,78 cm Durchmesser aufweist,der als Sammler dient. Die Emulsion wird in das wäßrige Material eingeleitet, dessen Oberfläche etwa 50,80 cm unter der stromführenden Elektrode gehalten wird. Zwischen der Elektrode und der wäßrigen Materialoberfläche wird ein elektrisches Gleichstromfeld erzeugt. Wäßriges Material und Feststoffe werden vom unteren Teil des Sammlers mit einer Geschwindigkeit abgezogen, die so errechnet ist, daß das Niveau in dem Gefäß praktisch konstant bleibt. Die Behandlung erfolgt unter Erhitzen des verdünnten Bitumens durch Wärmeaustausch mit einem bei 93⁰C gehaltenen Mineralöl. Der Stromverbrauch liegt gewöhnlich bei 15 Watt kontinuierlichem Gleichstrom von 10 000 Volt mit Spitzen bis zu 50 Watt. Der Sammler ist lediglich eine Laborvorrichtung zur Beibehaltung des Niveaus und des Stromes und ist nicht notwendiger Teil einer technischen Vorrichtung.

In den Tests werden folgende Ergebnisse erzielt:

030051/071 1

	1	Beispiele	3	4
	Bird *)	2	Bird	Bird
Eins atzmaterial	54	Westfalia	50	loo
Einspeisgeschwindigkeit, cm³/min	50

nominelle Verweilzeit der Wasserphase (einschließlich Zeit im Sammler), h

Zusammensetzung des Einsatzmaterials,

Wasser, Gew.-%	Gew.-%	28,9	23,4	25,0	25,9
Mineralfeststoffe,		1,5	1,6	2,7	3,2
Produktqualität
Wasser, Gew.-%	Gew.-%	0,32	0,30	0,20	0,33
Mineralfeststoffe,		0,073	0,05	0,05	0,10
Abfall
Öl, Gew.-%	2-8	_	_	—

Energieverbrauch, Watt
Freradenergie, %

15-30
23-46

24-40

16-30

*) Obwohl mit "Bird" bezeichnet, hat dieses Einsatzmaterial einen Mineralgehalt, der einem "Westfalia"-Einsatzmaterial entspricht.

Bei diesen Versuchen wird die Behandlung nicht mit optimaler Wirksamkeit durchgeführt, da Betriebsparameter, wie das Niveau der Oberfläche des wäßrigen Materials, mit der angewandten Laborvorrichtung nicht geeignet geregelt werden können. · .

Die Teflon-Auskleidung der verwendeten Laborvorrichtung ist bei größeren Vorrichtungen nicht erforderlich. In kleinen Pilot- und Laboranlagen kann kein ausreichender Abstand zwischen der stromführenden Elektrode und der Wand des Behandlungsgefäßes eingehalten werden, um eine unerwünschte Behandlung an den Elektrodenkanten zu vermeiden. In großtechnischen Anlagen wäre die Verwendung einer derar-

030051/071 1

tigen Auskleidung zu teuer. In diesem Fall wird ein ausreichender Abstand zwischen der Elektrode und der Gefäßwandung eingehalten, so daß das in dem Zwischenraum befindliche behandelte verdünnte Bitumen selbst in Abwesenheit einer Teflon-Auskleidung die notwendige Isolierung ergibt, um eine Behandlung an den Kanten, zu vermeiden.

Das in den vorstehenden Versuchen verwendete Verdünnungsmittel ist Naphtha aus einer Verdünnungsmittel-Rückgewinnungsanlage. Es enthält einen Kerosin-Starter und aus dem Bitumen fraktioniertes natürliches Naphtha. Die Natur des Verdünnungsmittels ist jedoch nicht kritisch und es können beliebige, bei der Beschreibung des Standes der Technik genannte Verdünnungsmittel angewandt werden.

030051/071 1

Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weic^maiin, lj.vl -Pms Dr K.Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. LiSKA 3020456 Ba 8 000 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820 18562 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22 PETROLITE CORPORATION 369 Marshall Avenue Saint Louis, Missouri 63119, V.St.A. " Verfahren zum elektrischen Trennen von verdünnten Bitumenemulsionen " Patentansprüche

1. Verfahren zum elektrischen Trennen von verdünnten Bitumenemulsionen, die nicht mischbare wäßrige und organische flüssige Phasen aufweisen, wobei die wäßrige Phase ungelöste Mineralteilchen trägt, dadurch gekennzeichnet, daß man

(b) die Emulsion unter dem Niveau der Oberfläche des wäßrigen Materials einleitet und zu der Oberfläche aufsteigen läßt,

(c) in dem elektrischen Feld einen Emulsionsbehandlungsgradienten von ausreichender Größe vorsieht, um eine Koaleszenz des wäßrigen Materials in der Emulsion zu bewirken, sobald die Emulsion die Oberfläche des wäßrigen Materials durchbricht, so daß praktisch die ge-

0 300 5 1/0711

ORIGINAL INSPECTED

samte Emulsion an der Oberfläche des wäßrigen Materials aufgetrennt wird, und

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichstromfeld ein kontinuierliches Gleichstromfeld ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichstromfeld ein pulsierendes Gleichstromfeld ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verdünnte Bitumenemulsion dadurch hergestellt wird, daß man Teersände mit heißem Wasser extrahiert, wobei das Bitumen als Schaum auf dem Wasser erhalten wird, den Schaum abtrennt und mit einem Verdünnungsmittel versetzt, so daß verdünntes Bitumen erhalten wird, das Wasser und ungelöste Mineralteilchen enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verdünnte Bitumenemulsion dadurch hergestellt wird, daß man Teersände mit Heißwasser extrahiert, wobei das Bitumen als Schaum auf dem Wasser erhalten wird, den Schaum abtrennt und mit einem Verdünnungsmittel versetzt, so daß ein verdünntes Bitumen entsteht, das Wasser und ungelöste Mineralteilchen enthält, und das Bitumen zentrifugiert, um einen Teil des Wassers und der Mineralteilchen abzutrennen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,, daß man das verdünnte Bitumen in einer Niedergeschwindigkeitszentrifuge zentrifugiert.

O300S1AÖ711

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das verdünnte Bitumen zuerst in einer Niedergeschwindigkeitszentrifuge und dann in einer Hochgeschwindigkeitszentrifuge zentrifugiert.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verdünnungsmittel für die verdünnte Bitumenemulsion eine Kohlenwasserstoffflüssigkeit verwendet.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verdünnungsmittel für die verdünnte Bitumenemulsion Naphtha verwendet.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die eingesetzte verdünnte Bitumenemulsion vor der elektrischen Trennbehandlung mit einem Dismulgator versetzt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Emulsion bei einer Temperatur von mehr als 82⁰C trennt.

12. Verfahren zum elektrischen Trennen von verdünnten Bitumenemulsionen, die nicht mischbare wäßrige und organische flüssige Phasen aufweisen, wobei die wäßrige Phase ungelöste Mineralteilchen trägt, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) im Bodenteil eines Eehandlungsgefäßes ein wäßriges Material hält,

(b) zwischen einer stromführenden Elektrode und der Oberfläche des wäßrigen Materials ein elektrisches Gleichstromfeld erzeugt, wobei die stromführende Elektrode über der Oberfläche angeordnet ist,

(c) die verdünnte Bitumenemulsion in das wäßrige Material unterhalb des Niveaus der Oberfläche des wäßrigen Materials einleitet und zu der Oberfläche aufsteigen läßt,

030Ö51/O711

(d) in dem elektrischen Feld einen Einulsionsbehandlungsgradienten von ausgezeichneter Größe erzeugt, um eine Koaleszenz des wäßrigen Materials in der Emulsion zu bewirken, sobald die Emulsion die Oberfläche des wäßrigen Materials durchbricht, wobei praktisch die gesamte Emulsion an der Oberfläche des wäßrigen Materials getrennt wird,

(e) das demulgierte wäßrige Material in dem Bodenkörper des wäßrigen Materials sammeln läßt,

(f) das behandelte verdünnte Bitumen zum oberen Teil des Behandlungsgefaßes aufsteigen läßt und

(g) das wäßrige Material am unteren Teil des Behandlungsgefäßes und das behandelte verdünnte Bitumen am oberen Teil des Behandlungsgefäßes abzieht.

030051/^0