DE3535199A1 - Verfahren zur wiedergewinnung von oel aus schlamm, der feine inorganische und/oder organische partikel, sowie oel, wasser oder andere verdampfbare fluessigkeiten enthaelt - Google Patents
Verfahren zur wiedergewinnung von oel aus schlamm, der feine inorganische und/oder organische partikel, sowie oel, wasser oder andere verdampfbare fluessigkeiten enthaeltInfo
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Description
Verfahren zur Wiedergewinnung von Öl aus Schlamm, der
feine inorganische und/oder organische Partikel, sowie Öl, Wasser oder andere verdampfbare Flüssigkeiten enthält
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Öl, Wasser und anderen verdampfbaren Flüssigkeiten aus Bohrschlamm,
Bleicherde, Schlamm aus Öltanks, Ölschiefer, etc., nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die Verwendung von Bohrschlamm auf Ölbasis anstelle von Bohrschlamm auf Wasserbasis ist, obwohl das Interesse
hierfür mehr und mehr ansteigt und beachtliche technische Vorteile sowohl bei Versuchsbohrungen als auch bei
Förderbohrungen an Land oder auf See erzielbar sind, nicht frei von Problemen.
Aufgrund des Ölgehaltes des Bohrschlammes, der aus dem Bohrloch austritt, kann dieser Schlamm nicht ohne weiteres
als Abfallprodukt behandelt werden. Vielmehr sind wirkungsvolle Maßnahmen dahingehend nötig, den Ölanteil
aus dem Schlamm zu entfernen.
"Büro München/Munich Office:
Schneggstraße 3-5 D-8050 Freising
Tel. 08161/6209-1 Telex 526547 pawad
■ "Büro Frankfurt/Frankfurt Office:
Adenauerallee 16 Tel. 06171/300-1 D-6370 Oberursei Telex: 410876 oblex d
Hierbei bereitet insbesondere der feinkörnige Anteil in dem Bohrschlamm Probleme. Der grobkörnige Anteil wird
auf oszillierenden Sieben ausgesiebt oder kann vor dem Abführen des BohrSchlammes ausgewaschen werden oder verbleibendes
Öl kann ausgebrannt werden. Dieses Verfahren wird heutzutage am meisten bei Bohrplattformen in der
Nordsee verwendet.
Der feinkörnige Anteil wird für gewöhnlich in Abklärern oder Hydrozyklonen behandelt, wo ein Teil des Öls und
des Wassers aus dem Schlamm entfernt wird.
Der verbleibende Ölanteil wird jedoch durch Kapillarkräfte, Oberflächenspannungen und Polaritätsbindungen
sehr stark an den Schlamm angebunden und es gibt noch keine befriedigende Lösung zur Behandlung des Schlammes
in Bezug auf diesen verbleibenden Restanteil.
Bei einer experimentell durchgeführten Destillation zweier Arten von Schlamm (einer mit sogenannten Spänen
(cuttings) mit einer Feinverteilung von 1000 u und darunter und einer, der fast ausschließlich aus Schwerspat
mit einer Feinverteilung von 15 u und darunter bestand) wurde herausgefunden, daß überraschend hohe Temperaturen
notwendig sind, um das Öl aus dem Schlamm auszutreiben. Aufgrund der oben genannten Bindungskräfte
erfolgt ein Anheben des Siedepunktes auf 100 bis 2000C.
Wenn somit das Öl aus dem Schlamm durch Aufheizen ausgetrieben werden soll, beispielsweise in einer Destillationsanlage,
sind derartig hohe Temperaturen nötig, daß sich Teile des Öls aufspalten und neue Kohlenwasserstoffe
gebildet werden.
Dies ist beispielsweise aus der norwegischen Patentanmeldung Nr. 771 423 bekannt. Aus der US-PS-3 393 951 ist
es bekannt, Bohrschlamm auf ein Förderband zu geben und
mit Infrarotstrahlung zu behandeln, bevor der Schlamm in
das Meerwasser abgeführt wird. Aufgrund der Temperaturverhältnisse
wurde dieses bekannte Verfahren praktisch nicht ausgeführt und Öl kann nicht aus dem Schlamm zurückgewonnen
werden, um in einem Recyclingverfahren wieder verwendet zu werden.
Derselbe Sachverhalt trifft auf die US-PS 2 266 586 zu, gemäß der Gasbrenner verwendet werden und der Schlamm
weiterhin mit Wasser gespült wird. Zusätzlich zu den oben erwähnten Nachteilen muß hier auch noch das Wasser
nach dem Ausspülen des Schlammes gereinigt werden und weiterhin ist ein hoher Energieverbrauch für das Aufheizen
nötig.
Aus der US-PS 3 658 015 ist ein Verbrennungsofen bekannt, in welchem das Öl in dem Schlamm einfach ausgebrannt
wird. Zwar wird bei diesem Verfahren der Schlamm ausreichend gereinigt, so daß er als unbedenkliches Abfallprodukt
betrachtet werden kann, jedoch kann das Öl nicht zurückgewonnen werden, sondern ist durch die Verbrennung
verloren. Aufgrund der Explosionsgefahr wird dieses Verfahren in Ölanlagen auch nicht verwendet. Weiterhin
ist bei diesem Verfahren eine Energiezufuhr nötig, um das Öl aus dem Schlamm auszubrennen, so daß sich dieses
Verfahren nicht von denen unterscheidet, welche herkömmliche Trocknungsofen verwenden.
Aus der US-PS 3 860 091 ist ein mechanisches Verfahren zum Reinigen des Schlammes bekannt. Hierbei wird über
Separatoren soviel Öl wie möglich abgezogen und das verbleibende Öl wird mittels eines Reinigungsmittels entfernt.
Dieses Verfahren ist durchaus praktikabel und wirkungsvoll, jedoch aufgrund des Verbrauches an Reinigungsmittel
ausgesprochen teuer. Weiterhin ist es mit diesem Verfahren nicht möglich, nach dem Zentrifugiervorgang
das verbleibende Öl wiederzugewinnen, und zwar aufgrund der oben erwähnten Kapillarkräfte.
Aus der bereits oben erwähnten norwegischen Patentanmeldung Nr. 771 423 ist ein Verfahren zum Verdampfen von Öl
aus dem Bohrschlamm bekannt, wobei der Schlamm durch eine
Förderschnecke geführt wird, welche durch elektrische Widerstandselemente und/oder durch ein Wärmeübertragungs-Fluid
aufgeheizt wird, wobei das Wärmeübertragungs-Fluid mittels elektrischen Hilfs-Wärmetauschern
aufgeheizt wird.
Dieses Verfahren unterscheidet sich von dem erfindungsgewäßen Verfahren insbesondere dadurch, daß die Wärme
mittels eines Wärmetauschermechanismus zugeführt wird, wobei diese Wärmezufuhr derart erfolgt, daß die oben erwähnten
Kapillarkräfte nicht zerstört werden. Wie erwähnt macht dies sehr hohe Temparaturen nötig, um das Öl aus
dem Schlamm entfernen zu können. Diese Temperatur liegt im Bereich von ungefähr 260-3600C, wie sich auch in
Untersuchungen herausgestellt hat, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung angestellt wurden. Dies führt zu den
erheblichen Problemen die bereits erwähnt wurden, das heißt Oxidation oder Zersetzung des entstehenden Abfallgases
kann nicht verhindert werden, um die Bildung von neuen Verbindungen zu vermeiden. Gemäß dem oben erwähnten
Verfahren wurden Anstrengungen unternommen, die Bildung von neuen Verbindungen zu unterdrücken, indem ein inertes
Gas in den Prozess eingebracht wurde. Weiter wird es in dem oben erwähnten Verfahren für wichtig erachtet, daß
Sauerstoff oder oxidierende Gase sorgfältig vermieden werden, während der Schlamm in dem Behälter aufgeheizt
wird. Untersuchungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben dies auch bestätigt.
Nach dem Verdampfen wird das Gas in einen Kondensierer geführt, der die Ölgase durch direktes Besprühen mit
Wasser kondensieren läßt. Die Verwendung von Wasser führt jedoch zu dem beachtlichen Problem des Trennens des Wasser/Öl-Kondensats
und man kann niemals mit absoluter Si-
cherheit ausschließen, daß das Wasser frei von Ölrückständen ist.
Bei der Verwendung von Bohrschlamin auf Ölbasis ist es
wünschenswert, Kohlenwasserstoffe zu verwenden, die nicht giftig sind (z.B. Kero, Somentor 31, TSD 2803
oder TSD 2832). Zusätzlich zu der möglichen Explosionsgefahr, Problemen mit dem Material der Anlage selbst und
Probleme hinsichtlich des Verrußens ist es weiterhin äußerst
nachteilig, daß aufgrund der hohen Temperaturen Endprodukte entstehen, die bezüglich einer möglichen Gesundheitsgefährdung
nicht mehr kontrollierbar sind.
Es wäre anzunehmen, daß beim Destillieren von Öl aus Bohrschlamm unter Vakuum ausreichend geringe Siedetemperaturen
erreichbar wären. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß selbst bei einer Vakuumdestillation keine
ausreichend niedrigen Temperaturen erzielbar sind.
Mit den heutzutage bekannten Destillationsverfahren, darunter
auch die oben erwähnten, sind Siedetemperaturen von annähernd 350°C nötig, um ausreichend Öl aus den
Mineralien oder dem Schlamm zu entfernen.
Während Destillationsversuchen, in denen die Siedeprozesse untersucht wurden, hat sich herausgestellt, daß die
Oberflächenspannungen und die Polaritätsbindungen zwischen den Molekülen durch Bewegung verhindert werden
können. Eine schnelle Relativbewegung zwischen den MoIekülen
verhindert, daß diese aneinandergebunden werden. Diesen Umstand macht sich die vorliegende Erfindung zunutze.
Die gesamte Energie für den Destillationsvorgang wird durch Bewegung des Schlammes zugeführt, wobei die
Hitze zum Aufsiedenlassen durch Reibung in dem Material erzeugt wird. Aufgrund des Freiwerdens des Wassers zusammen
mit dem Öl bei einem Oltyp der von Interesse ist (Somentor 31), ist die Siedetemperatur um 188°C gerin-
ger als bei einem entsprechenden Aufsieden in einer Retorte.
Dies bedeutet, daß der Partialdruck des Öls ungefähr 50% des Gesamtdruckes der Gasmischung ausmacht.
Der Schlamm wird von Rühr- oder Schlagarmen durchgerührt und aufgeschlagen, welche von einem Elektro- oder Verbrennungsmotor
in Drehung versetzt werden, was sowohl ein Verdampfen des Kristallwassers als auch des freien Wassers
in dem Schlamm zufolge hat, so daß der Partialdruck des Öldampfes (und des Dampfes anderer Flüssigkeiten) zusätzlich
zu dem Partialdruck des Wassers einen Gesamtdruck in der Gasmischung erzeugt, was wiederum zufolge
hat, daß die Verdampfungstemperatur der gesamten Gasmischung entsprechend der Verdampfungstemperatur für den
Partialdruck des Öles verringert wird. Energie wird dem Schlamm von der Energiequelle als Reibungshitze aufgrund
der Reibung zwischen den Partikeln in dem Schlamm und zwischen den Partikeln und den Rührarmen zugeführt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist auch vorgesehen,
die Kondensationswärme abzuführen. Hierzu ist ein Einspritzkondensator herkömmlicher Bauweise oder ein
Ejektor-Kondensator vorgesehen. Erfindungsgemäß wird ein
gekühltes Kondensat als Kühlmittel verwendet. Zusätzlich zur Minimierung der Probleme des Trennens von Öl und Wasser ist dieses Verfahren unempfindlich gegenüber Verschmutzung
durch Staub und verhindert jegliche Verschmutzung des Kühlwassers.
Zusätzlich kann ein Großteil der Hitze des getrockneten Schlammes verwendet werden, den nicht behandelten Schlamm
vorzuheizen, so daß Wärmeverluste wesentlich verringert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführte Versuche wurden auf einer Testanlage mit einer Leistung von
45 kW durchgeführt. Die Testanlage wies eine Verdampf-
ungstrommel mit einem Durchmesser von 55 cm und einer
Länge von 60 cm auf, innerhalb der ein Rotor angeordnet war, dessen Rührarme einen Abstand von ungefähr 10 mm zur
Innenwand der Trommel hatten. Der Antrieb des Rotors erfolgte durch einen 45 kW Synchronmotor, dessen Stromverbrauch
über ein Amperemeter meßbar war. Die Drehzahl des Rotors lag ungefähr bei 2000 U/min. Auf der Oberseite der
horizontal angeordneten Trommel war eine Gas-Abführleitung angeordnet, welche zu einem Kondensator führte, sowie
eine Leitung zum Zuführen von Schlamm. Das Öl in dem Bohrschlamm wies verschiedene Fraktionen auf, welche bei
verschiedenen Temperaturen verdampften. Dies zeigte sich eindeutig bei Versuchen. Die Temperatur stieg sehr rasch
auf ungefähr 42°C und verblieb dort für einige Minuten, bis die betreffende Fraktion entfernt war. Danach stieg
die Temperatur wieder um einige Grad und blieb wieder konstant, bis die nächste Fraktion entfernt war. Auf
diese Weise stieg die Temperatur um ungefähr sieben Temperaturstufen an, wobei Öl von den kondensierten Gasen
getrennt wurde. Der Grund dafür, daß bei den verschiedenen Temperaturstufen kein Anwachsen der Temperatur zu
bemerken war, bis die betroffenen Fraktionen verdampft waren, ist der, daß die gesamte zugeführte Energie verwendet
wurde, um das Öl zu verdampfen.
Bei einer Temperatur von 172 C war ein kontinuierliches
Ansteigen der Temperatur zu bemerken, ohne daß weitere ausgeprägte Temperaturstufen oder Öldampf entstanden.
Der getrocknete Schlamm war ein feinkörniges Pulver mit blasser Farbe im Gegensatz zu dem Ausgangsmaterial, das
schwarz war. Farbe und Konsistenz des getrockneten Schlammes waren sowohl bei den sogenannten cuttings als
auch bei Öl-Barit gleich.
In den Tests ergaben sich die folgenden Ergebnisse:
I.Rohmasse mit 16% Öl.
2.Rohmasse mit 13,9% Öl.
2.Rohmasse mit 13,9% Öl.
Test 021084 bei 172°C.
!.Masse mit 0% Öl.
2.Masse mit 3,6% Öl.
!.Masse mit 0% Öl.
2.Masse mit 3,6% Öl.
Test 031084.
1.Masse mit 3,5% Öl.
Test 041084 bei 1500C.
!.Masse mit 3,6% Öl.
!.Masse mit 3,6% Öl.
Test 041084 bei 1600C,
!.Masse mit 2,45% Öl.
!.Masse mit 2,45% Öl.
Test 031084 bei 172°C,
!.Masse mit 1,8% Öl.
!.Masse mit 1,8% Öl.
Der Grund für die Schwankungen in den Ergebnissen liegt
in Ungenauigkeiten der Meßmethode selbst, sowie in Mustern die nicht völlig homogen waren.
Anhand der Fig. 1 der Zeichnung soll nun im folgenden das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden:
Schlamm aus einem Tank 12 wird über eine einstellbare Pumpe 9 einem Verdampfer zugeführt, der auf dem Reibungsprinzip
arbeitet und somit als Reibungsverdampfer bezeichnet wird. Der Schlamm kocht in dem Verdampfer und
der entstehende Dampf geht über eine Staubabtrennungsvorrichtung zu einem Direktkontakt- Kondensator 4. Die
Staubabtrennungsvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Ventilator 2 und einem Zyklon 3.
Der entstehende trockene Schlamm ist ein fluidisiertes Pulver ohne irgendwelche Ölbestandteile und wird über
ein Ventil 10 abgelassen. Von dem Ventil oder Ablaß 10 kann der trockene und heiße Schlamm, bzw. dessen Rückstand
über einen Wärmetauscher 14 geführt werden, wo er seine Hitze an Öl abgibt, welches von einer Pumpe 15 einem
Wärmetauscher 16 in dem Tank 12 zugeführt wird, so daß der unbehandelte Schlamm vorgeheizt werden kann.
Der getrocknete Schlamm im Form des Pulvers kann unter Beimischung von gewöhnlichem Zement zu Briketts geformt
werden. Der Vorteil hier ist, daß das Volumen und somit auch die Oberfläche des Pulvers verringert wird, was
wiederum die Gefahr verringert, daß aus dem Barit (BaSO4) Barium freiwird, wenn das Material gelagert
wird. Die Briketts können kubisch, zylindrisch oder dergleichen sein und haben in jedem Fall eine leicht handelbare
Form des Pulvers zur Folge, das somit in geeigneten Lagerstätten oder dergleichen gelagert werden kann.
In dem Kondensator 4 wird der Öldampf mittels gekühltem Öl aus einem Tank 6 kondensiert, wobei das Kühlöl zu dem
Kondensator 4 mittels einer Pumpe 7 gefördert wird.
Das Öl von dem Kondensator 4 wird in einem weiteren Wärmetauscher
5 abgekühlt, bevor es zu dem Öltank 6 zurückkehrt. Das Abführen der Wärme mittels des Wärmetauschers
5 erfolgt mittels eines Kühlwassers, das von einer Pumpe 8 zugeführt wird.
Wenn das Verfahren unter Vakuumbedingungen ausgeführt wird, um eine weitere Verringerung der Siedetemperatur zu
erreichen, ist es notwendig, entweder einen Einspritzkondensator zu verwenden oder die Gase von dem Kondensator
über eine Vakuumpumpe zu entfernen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nun der Reibungsverdämpfer
1 gemäß Fig. 1 näher erläutert, wobei die Bezugszeichen gemäß Fig. 2 nicht mit den Bezugszeichen gemäß
Fig. 1 übereinstimmen.
Der Verdampfer weist einen teilbaren zylindrischen Behälter
1 auf, dessen innere Oberfläche mit langgestreckten Rippen 2 besetzt ist. Im Inneren des Behälters 1 ist
ein Rotor angeordnet, der im wesentlichen aus einer Antriebswelle 3, Rotorblättern 5 und Schlagarmen 4 besteht.
Die Schlagarme 4 sind ähnlich herkömmlicher Hammermühlen
aufgebaut, jedoch breiter ausgelegt, um zu vermeiden, daß die Schlammpartikel unnötig zerkleinert werden.
Wenn der Rotor mittels eines Elektromotors 11 (Fig. 1)
in Drehung versetzt wird (mit ungefähr 1500-1400 U/min.) wird der Schlamm nach außen in Richtung der Zylinderwand
geschlagen und formt eine sich drehende Schicht auf der Innenwand mit großer interner Reibung zwischen den Partikeln.
Somit wird mittels der Reibung zwischen den Partikeln und der Reibung zwischen den Partikeln und den
Schlagarmen Energie aufgebracht. Es soll hier festgehalten werden, daß kein Kontakt zwischen dem Schlamm und den
Rotorblättern, an welchen die Schlagarme befestigt sind, erfolgt. Weiterhin ist mit diesem Aufbau das Zerschlagen
ölhaltiger Mineralien, wie beispielsweise Ölschiefer möglich, um das Öl aus diesen Mineralien zu gewinnen.
Die Energie des Elektromotors wird in dem Schlamm als Reibungshitze übertragen.
Von einem Einlaß 6 an einer Endfläche des Behälters wird der Schlamm zugeführt. Wenn somit Bohrschlamm kontinuierlich
zugeführt wird, wird er mit einer derartigen Rate in dem Verdampfer verdampfen, daß die Schicht in dem
Behälter im wesentlichen aus fluidisiertem trockenem Pulver besteht. Dieses Pulver kann dann einfach und kontinuierlich
an der anderen Endfläche des Behälters über ein Ventil 7 abgelassen werden, das vorzugsweise über die
Temperatur des entstehenden Dampfes geregelt wird.
Der freigewordene Dampf wandert in Richtung der Antriebswelle 3 des Rotors und Staub in dem Dampf wird
wirksam aufgrund des Zentrifugen- oder Zyklon-Effektes entfernt, so daß der relativ reine Dampf den Verdampfer
über einen Auslaß 8 verläßt.
Claims (2)
1. Verfahren zum Trennen von Öl, Wasser und anderen verdampfbaren Flüssigkeiten aus Bohrschlamm, Bleicherde,
Schlamm aus Öltanks, Ölschiefer und dergleichen, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schlamm bei einer geringeren Temperatur als bei einer herkömmlichen Verdampfung verdampft wird,
aufgrund der Tatsache, daß die Kapillarkräfte, welche die einzelnen Fraktionen in dem Schlamm zusammenhalten
in einem Reibungsverdampfer (1) zerstört werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf von dem Reibungsverdampfer 1 mittels
eines gekühlten Kondensiermittels kondensiert wird, wobei das Kondensiermittel die gleiche Art von Flüssigkeit
ist, welche den Dampf bildet und/oder wenn der Dampf aus einer Mischung verschiedener Arten von
Flüssigkeiten gebildet ist, eine dieser Flüssigkeiten ist.
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