DE3020456C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftren­ nen von verdünnten Bitumenemulsionen, die eine nicht mischbare Phase und eine organische, flüssige Phase enthalten, wobei man

• (a) zwischen einer stromführenden Elektrode und einer Trennfläche eines öligen und eines wäßrigen Fluids, das als Erde dient, ein elektrisches Feld erzeugt,
• (b) die Emulsion unter dem Niveau der Trennfläche ein­ leitet und zu dieser aufsteigen läßt,
• (c) in dem elektrischen Feld einen Emulsionsbehand­ lungsgradienten von ausreichender Größe vorsieht, um eine Koaleszenz der wäßrigen Phase in der Emul­ sion zu bewirken, sobald die Emulsion die Trenn­ fläche durchbricht, so daß praktisch die gesamte Emulsion von der Trennfläche aufgetrennt wird, und
• (d) die bei der Trennung der Emulsion erhaltenen wäßrigen und organischen flüssigen Fluide gewinnt.

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

Dieses und ähnliche Verfahren sind in der CA-PS 9 18 091 und den US-PS 29 68 603, 39 00 389 und 40 35 282 beschrieben. Die wichtigsten Teersände, bei denen diese Verfahren ange­ wandt werden, sind die Athabasca-Teersände, die hauptsäch­ lich in Northern Alberta, Kanada, gefunden werden.

Das zentrifugierte verdünnte Bitumen enthält immer noch beträchtliche Mengen an Wasser und teilchenförmigen Mi­ neralfeststoffen. Das der Bird-Zentrifuge zugeführte ver­ dünnte Bitumen enthält üblicherweise etwa 25 bis 30 Ge­ wichtsprozent Wasser und etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent Mineralfeststoffe, während das von der Bird-Zentrifuge er­ zeugte und der Westfalia-Zentrifuge zugeführte verdünnte Bitumen etwa 20 bis 25 Gewichtsprozent Wasser und etwa 2 bis 5 Gewichtsprozent Mineralfeststoffe enthält. Das Pro­ dukt der Westfalia-Zentrifuge enthält gewöhnlich etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent Wasser und etwa 1 bis 3 Gewichts­ prozent Mineralfeststoffe.

Aus der US-PS 40 49 535 ist ein Verfahren zum Auftren­ nen von Bitumenemulsionen in einem elektrischen Doppelfeld bekannt. Dabei wird das elektrische Doppel­ feld durch Überlagerung eines elektrischen Wechselstrom­ feldes zwischen zwei Elektroden und dem Wasser sowie einem pulsierenden elektrischen Gleichstromfeld zwischen jeweils einem der beiden Elektroden und der Behälterwand erzeugt. Dieses komplizierte, sich laufend in verschie­ dene Richtungen ändernde elektrische Doppelfeld wird da­ durch erreicht, daß ein erstes und ein zweites Set von Elektroden in einen Trennbehälter eingebracht werden und die jeweiligen Sets sowohl gegenüber der Erde als auch gegeneinander unterschiedliche Spannungspotentiale auf­ weisen. Gleichzeitig wird zusätzlich zu den elektrischen Gleichstromfeldern zwischen dem ersten als auch dem zweiten Set Elektroden und der geerdeten wäßrigen Phase noch ein elektrisches Wechselstromfeld angelegt, wobei es außerdem notwendig ist, daß das elektrische Wechsel­ stromfeld ein Potential oberhalb der Erde aufweist. Das Erzeugen solcher komplizierter, sich laufend ändernder elektrischer Wechselstrom- und pulsierender Gleichstrom­ felder ist jedoch recht aufwendig und kompliziert.

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

Die Erfindung hat daher zum Ziel, ein einfaches und trotzdem wirksames Verfahren zur Verbesserung der Quali­ tät von verdünntem Bitumen bereitzustellen, mit dem es auch möglich ist, Teersände und Meerwasser, z. B. nach Tankerunglücken, zu reinigen.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß man als elektrisches Feld nur ein Gleichstromfeld verwendet.

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

Die eingesetzte verdünnte Bitumenemulsion wird vorzugsweise dadurch hergestellt, daß man Teersände mit heißem Wasser extrahiert, wobei das Bitumen als Schaum auf dem Wasser ent­ steht, 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 elektri­ schen Trennbehandlung zentrifugiert werden, um einen Teil des Wassers und der Mineralteilchen abzutrennen. Dieses Zen­ trifugieren kann unter Verwendung einer Niedergeschwindig­ keitszentrifuge, z. B. einer Bird-Zentrifuge, erfolgen. Das so zentrifugierte Produkt kann direkt der elektrischen Tren­ nung 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, insbeson­ dere Naphtha. Vor der elektrischen Trennbehandlung kann das verdünnte Bitumen mit einem Dismulgator versetzt werden, um die Klärung des Wasser-Feststoff-Abstroms zu begünstigen. Während der Behandlung wird die Emulsion bei einer Tempera­ tur oberhalb 82°C (180°F) gehalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Vorrat des wäßrigen Materials im unteren Teil eines Behandlungsge­ fäßes gehalten, in den man die verdünnte Bitumenemulsion einleitet und zur Oberfläche des wäßrigen Materials auf­ steigen 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 behandel­ tes verdünntes Bitumen vom oberen Teil des Gefäßes abgezo­ gen. Vorzugsweise hält ein Pegelregler das Niveau der Ober­ fläche des wäßrigen Materials auf einem bestimmten Abstand zur stromführenden Elektrode.

Das erfindungsgemäß behandelte verdünnte Bitumenmaterial besteht aus Feststoffen, Wasser, Bitumen und Verdünnungsmit­ tel 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 verdünnten feststoffhaltigen Bitumen wird die Wasser-in-Öl-Emulsion genauso wie bei der herkömmlichen Behandlung von gewöhnlichen Erdölemulsionen mit Wech­ selstrom gebrochen, aber durch das einseitig gerichtete Feld zusätzlich die benetzten Feststoffe vom Öl fernge­ halten. Das elektrische Feld schafft somit eine Barriere, ähnlich einem Filter, gegen den Durchtritt der Feststoffe. Daher eignet sich das erfindungsgemäße Ver­ fahren besonders zum Reinigen von ölverschmutztem Meer­ wasser, Teersänden und Erdreich nach Unfällen.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein elektrisches Behandlungsgefäß zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens;

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

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

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

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Teil einer Elektrode, die in einem sich vertikal erstreckenden Behandlungsge­ fäß verwendet werden kann; und

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

In den Fig. 1 und 2 ist eine Behandlungsvorrichtung darge­ stellt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Die Vorrichtung umfaßt ein Metallgefäß mit einem Emulsionseinlaß 2, einem Auslaß 3 für das wäßrige Ma­ terial 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 Was­ seroberfläche im Gefäß 1 auf einem relativ konstanten Niveau. Die Wasseroberfläche 8 ist die Grenzfläche zwischen dem Vor­ rat 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 Elektro­ de und kann als "Wasseroberflächenelektrode" bezeichnet wer­ den. Der Pegelregler 6 ist so eingestellt, daß er die Was­ seroberfläche über den Öffnungen 11 des Verteilers 9 hält, der hier als umgekehrter Pfannenverteiler dargestellt ist.

Wie in Fig. 3 gezeigt, besteht die Elektrode 12 aus Stäben 13, die quer auf beabstandeten Klemmträgern 14 und 16 be­ festigt sind. Da Flüssigkeit zwischen den Stäben 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 ha­ ben auch den Vorteil, daß sie keine scharfen Kanten aufwei­ sen, 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 erstrec­ ken 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 wer­ den, so daß der Emulsionsbehandlungsgradient über den Ab­ stand zwischen der Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 eingestellt werden kann. Zu diesem Zweck sind die Isolato­ ren 17 mit einem Gewindestab 18 verbunden, der sich nach oben durch Spulen 19 erstreckt, die auf dem Gefäß 1 ange­ ordnet 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 21 und der Wasseroberfläche 8 ein. Vorzugsweise wird jedoch der Abstand zwischen der Elektrode 12 und der Was­ seroberfläche 8 durch den Schwimmer 7 oder den Wasserpegel­ regler 6 eingestellt.

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 stromführen­ den Elektrode 12. Es können beliebige Quellen für kontinuier­ lichen oder pulsierenden Gleichstrom verwendet werden. Ein Beispiel für eine pulsierende Gleichstromquelle ist in der US-PS 40 49 535 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 Kollektorfor­ men angewandt werden. Vorzugsweise erstreckt sich der Kollektor 32 über die Länge der Elektrode 12. Bei dieser An­ ordnung in dem Gefäß 1 strömt die Emulsion von dem Einlaß 2 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 behandeln­ den Emulsion und dem anzuwendenden elektrischen Potential ab. Der Abstand sollte so gewählt werden, daß die kriti­ sche Spannung der zwischen der Elektrode 12 und den geerde­ ten 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 Span­ nungen ionisieren. Eine geringe Potentialzunahme hat in diesem Fall eine große Zunahme der Stromstärke zur Folge. Die Anwendung eines größeren, als des minimal aus­ reichenden Abstandes verringert den Energieverbrauch des 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 Span­ nung ausgesetzt ist.

Im Betrieb wird an die Elektrode 12 ein ausreichendes Gleich­ strompotential angelegt, damit praktisch die gesamte Be­ handlung 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 Konzen­ tration 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 Elektro­ denpotential erhöht oder das Wasserniveau näher an die Elek­ trode hebt. Das Verschwinden des inneren "Polsters" zeigt an, daß an die Elektrode 12 ein ausreichendes Potential ange­ legt 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 ge­ ändert werden, um eine Behandlung an der Wasseroberfläche 8 bei allen im Betrieb auftretenden Emulsions-Strömungsge­ schwindigkeiten 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 einge­ stellt werden. Die bei diesem Potential herrschende Strom­ stärke ist dann für den maximalen Emulsions-Durchsatz der Vorrichtung ausreichend. Diese Behandlungsbedingungen ge­ währleisten eine wirksame Behandlung zwischen der Elektro­ de 12 und der Wasseroberfläche 8 bei maximaler Emulsions- Strömungsgeschwindigkeit. Die Behandlung erfolgt an der Wasseroberfläche 8 bei allen niedrigeren Emulsions-Strö­ mungsgeschwindigkeiten 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 der­ artiger Potentialgradienten ist jedoch nicht universell an­ wendbar, da sich die Emulsionseigenschaften stark ändern. In jedem Fall darf der Gradient jedoch nicht den Punkt er­ reichen oder überschreiten, an dem kleine Potentialerhöhun­ gen 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 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. Kugelförmi­ ge 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 zylindri­ sches 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 Vor­ richtungen verwendet werden) gesteuerter Pegelregler 106 steuert den Strom des wäßrigen Materials aus dem Anlaß 103 und hält hierbei die Wasseroberfläche 108 in dem Gefäß 101 auf einem relativ konstanten Niveau. Die Wasseroberfläche 108 ist die Grenzfläche zwischen dem Vorrat an wäßrigem Ma­ terial im unteren Teil des Gefäßes 101 und der darüber be­ findlichen 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 Was­ seroberfläche 108, dann zwischen der Wasseroberfläche 108 und einer stromführenden, horizontal angeordneten, permeablen, planaren Elektrode, die schematisch mit 112 be­ zeichnet 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 Gefäßwan­ dungen beabstandet. Sie kann von der in den Fig. 5 oder 6 gezeigten Art sein. Die Elektrode wird über Stäbe 115 von Isolatoren 117 getragen, die mit dem oberen Ende des Ge­ fäßes 101 verbunden sind. Anstelle der Elektroden der Fig. 5 oder 6 können auch andere Arten von permeablen oder Loch­ elektroden verwendet werden.

Der Abstand zwischen der Elektrode 112 und der Wasserober­ fläche 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 Eintritts­ buchse 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 Elektro­ de 112 und der Wasseroberfläche 108, die als elektrisch ge­ erdete Elektrode wirkt, und strömt schließlich zum Auslaß 104. Die Emulsion wird an der Oberfläche des wäßrigen Ma­ terials getrennt, wobei die innere wäßrige Phase zusammen­ fließt 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 Bo­ den 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 betra­ gen.

Einzelheiten der planaren Elektrode 72 sind in Fig. 5 ge­ zeigt. Die Elektrode 72 besteht aus Stahlbändern 73 und 74, die kreuzförmig miteinander verbunden sind. Fünf gebo­ gene 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 haben untereinander und von dem Stab 76 einen zentralen Abstand von 3,18 cm. Die Vertikalausdehnung der Elektrode 72 be­ trägt 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 dern sind Stahlbänder 87 und 88 befestigt. Diese Bänder ha­ ben 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 Behandlungsge­ fäß behandelt. Diese Behandlung kann dienen:

• (1) als Ersatz für die Bird-Zentrifuge, wobei die Ergebnisse auch die zweite Westfalia-Hochgeschwindigkeitszentrifu­ ge überflüssig machen. Dies ist die bevorzugte Anwen­ dungsform.
• (2) Als Ersatz für die Westfalia-Zentrifuge im Anschluß an die Bird-Zentrifuge.
• (3) Als drittes Trennverfahren im Anschluß an die Verwen­ dung 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 Behandlungs­ vorrichtung bleibt über lange Betriebszeiten elektrisch stabil. Im Gegensatz zur Behandlung mit Gleichstrom er­ gibt eine ähnliche Behandlung mit Wechselstrom ein feuch­ teres Öl bei erhöhtem Energieverbrauch und größerer elektrischer Instabilität. Der erfindungsgemäße Effekt scheint auf den Feststoff- und Wassergehalt von verdünn­ tem Bitumen beschränkt zu sein, da das Verfahren z. B. nicht mit Erfolg auf feuchte und verschmutzte Tank-Sumpfbestand­ teile 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 Behandlungs­ säule von 7,62 cm Durchmesser und einen etwa 30,48 cm lan­ gen 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 strom­ führenden 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 Geschwindig­ keit 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 93°C 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 techni­ schen Vorrichtung.

In den Tests werden folgende Ergebnisse erzielt:

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

Die Teflon-Auskleidung der verwendeten Laborvorrichtung ist bei größeren Vorrichtungen nicht erforderlich. In klei­ nen Pilot- und Laboranlagen kann kein ausreichender Ab­ stand zwischen der stromführenden Elektrode und der Wand des Behandlungsgefäßes eingehalten werden, um eine uner­ wünschte Behandlung an den Elektrodenkanten zu vermeiden. In großtechnischen Anlagen wäre die Verwendung einer derar­ tigen Auskleidung zu teuer. In diesem Fall wird ein ausrei­ chender 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 Verdünnungsmit­ tel ist Naphtha aus einer Verdünnungsmittel-Rückgewinnungs­ anlage. Es enthält einen Kerosin-Starter und aus dem Bitu­ men fraktioniertes natürliches Naphtha. Die Natur des Ver­ dünnungsmittels ist jedoch nicht kritisch, und es können be­ liebige, bei der Beschreibung des Standes der Technik ge­ nannte Verdünnungsmittel angewandt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zum Auftrennen von verdünnten Bitumen­ emulsionen, die eine nicht mischbare wäßrige ungelöste Mineralteilchen enthaltende Phase und eine organische flüssige Phase enthalten, wobei man

• (a) zwischen einer stromführenden Elektrode und einer Trennfläche eines öligen und eines wäßrigen Fluids, das als Erde dient, ein elek­ trisches Feld erzeugt,
• (b) die Emulsion unter dem Niveau der Trennfläche einleitet und zu dieser aufsteigen läßt,
• (c) in dem elektrischen Feld einen Emulsionsbe­ handlungsgradienten von ausreichender Größe vorsieht, um eine Koaleszenz der wäßrigen Phase in der Emulsion zu bewirken, sobald die Emulsion die Trennfläche durchbricht, so daß praktisch die gesamte Emulsion an der Trenn­ fläche aufgetrennt wird, und
• (d) die bei der Trennung der Emulsion erhaltenen wäßrigen und organischen flüssigen Fluide gewinnt,

dadurch gekennzeichnet, daß man als elektrisches Feld nur ein Gleichstrom­ feld verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichstromfeld ein kontinuierliches Gleichstrom­ feld 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 Verdünnungsmit­ tel 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 zentri­ fugiert, um einen Teil des Wassers und der Mineralteil­ chen abzutrennen.

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

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das verdünnte Bitumen zuerst in einer Niederge­ schwindigkeitszentrifuge und dann in einer Hochgeschwin­ digkeitszentrifuge zentrifugiert.

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

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

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

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Emulsion bei einer Temperatur von mehr als 82°C trennt.