DE3535199C2

DE3535199C2 -

Info

Publication number: DE3535199C2
Application number: DE3535199A
Authority: DE
Inventors: Olav Floroe No Ellingsen; Joergen Bryne No Stabel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-10-08
Filing date: 1985-10-02
Publication date: 1989-10-05
Also published as: GB2165259A; NL189361B; US4869810A; NL189361C; NO155832B; NO844020L; NL8502655A; DE3535199A1; FR2571379A1; GB2165259B; IT8584144A0; IT1214976B; NO155832C; FR2571379B1; CA1235379A; GB8523696D0; BR8504936A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Öl, Wasser und anderen verdampfbaren Flüssigkeiten aus Bohr schlamm, Bleicherde, Schlamm aus Öltanks, Ölschiefer, etc.

Die Verwendung von Bohrschlamm auf Ölbasis anstelle von Bohrschlamm auf Wasserbasis ist, obwohl das Interesse hierfür mehr und mehr ansteigt und beachtliche tech nische 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 weite res als Abfallprodukt behandelt werden. Vielmehr sind wirkungsvolle Maßnahmen dahingehend nötig, den Ölanteil aus dem Schlamm zu entfernen.

Hierbei bereitet insbesondere der feinkörnige Anteil in dem Bohrschlamm Probleme. Der grobkörnige Anteil wird auf oszillierenden Sieben ausgesiebt oder kann vor dem Abführen des Bohrschlamms ausgewaschen werden oder ver bleibendes 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 Kapillar kräfte, 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 Spä nen mit einer Feinverteilung von 1000 µm und darunter und einer, der fast ausschließlich aus Schwer spat mit einer Feinverteilung von 15 µm und darunter be stand, wurde herausgefunden, daß überraschend hohe Tem peraturen notwendig sind, um das Öl aus dem Schlamm aus zutreiben. Aufgrund der oben genannten Bindungskräfte erfolgt ein Anheben des Siedepunktes auf 100 bis 200°C. Wenn somit das Öl aus dem Schlamm durch Aufheizen ausge trieben werden soll, beispielsweise in einer Destilla tionsanlage, sind derartig hohe Temperaturen nötig, daß sich Teile des Öls aufspalten und neue Kohlenwasserstoffe gebildet werden.

Dies ist beispielsweise aus der norwegischen Patentan meldung 7 71 423 bekannt. Aus der US-PS 33 93 951 ist es bekannt, Bohrschlamm auf ein Förderband zu geben und mit Infrarotstrahlung zu behandeln, bevor der Schlamm in das Meerwasser abgeführt wird. Aufgrund der Temperatur verhältnisse wurde dieses bekannte Verfahren praktisch nicht ausgeführt und Öl kann nicht aus dem Schlamm zu rückgewonnen werden, um in einem Recyclingverfahren wie der verwendet zu werden.

Derselbe Sachverhalt trifft auf die US-PS 22 66 586 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 Auf heizen nötig.

Aus der US-PS 36 58 015 ist ein Verbrennungsofen be kannt, in welchem das Öl in dem Schlamm einfach ausge brannt wird. Zwar wird bei diesem Verfahren der Schlamm ausreichend gereinigt, so daß er als unbedenkliches Ab fallprodukt betrachtet werden kann, jedoch kann das Öl nicht zurückgewonnen werden, sondern ist durch die Ver brennung verloren. Aufgrund der Explosionsgefahr wird dieses Verfahren in Ölanlagen auch nicht verwendet. Wei terhin ist bei diesem Verfahren eine Energiezufuhr nötig, um das Öl aus dem Schlamm auszubrennen, so daß sich die ses Verfahren nicht von denen unterscheidet, welche her kömmliche Trocknungsöfen verwenden.

Aus der US-PS 38 60 091 ist ein mechanisches Verfahren zum Reinigen des Schlammes bekannt. Hierbei wird über Separatoren soviel Öl wie möglich abgezogen und das ver bleibende Öl wird mittels eines Reinigungsmittels ent fernt. Dieses Verfahren ist durchaus praktikabel und wirkungsvoll, jedoch aufgrund des Verbrauches an Reini gungsmittel ausgesprochen teuer. Weiterhin ist es mit diesem Verfahren nicht möglich, nach dem Zentrifugier vorgang das verbleibende Öl wiederzugewinnen, und zwar aufgrund der oben erwähnten Kapillarkräfte.

Aus der DE-OS 30 49 907 ist ein Verfahren zum Verdampfen von flüssigen Bestandteilen aus hochviskosen Materia lien, wie z. B. synthetischen Polymerisaten unter Einsatz eines Dünnschichtverdampfers bekannt. Dabei wird mittels eines Torsionsblattes die eingespeiste Polymerisat-Zu sammensetzung zu einer dünnen Schicht aufgezogen und durch ein Quetschblatt zwischen den Heizblättern und die Verdampferwandung gepreßt. Für den vorliegenden Zweck ist ein derartiges Verfahren jedoch ungeeignet. Da Heizblätter mit einer sehr großen Breite verwendet wer den, um eine ausreichende Menge von Wärmeenergie durch Reibung in der zu einer Dünnschicht aufgezogenen Poly merisat-Mischung zu erzeugen, würde der Einsatz dieses Verfahren zum Verdampfen von Öl aus einer Bohrschlamm- Mischung unweigerlich zu einem Zusammenklumpen des Bohrschlamms und zur Beschädigung der Heizblätter füh ren, da sich Sandkörner und andere Festbestandteile des Bohrschlamms zwischen den Heizblättern und der Verdamp ferwandung festsetzen würden.

Aus der bereits oben erwähnten norwegischen Patentanmel dung 7 71 423 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 Wärmeübertra gungs-Fluid aufgeheizt wird, wobei das Wärmeübertra gungs-Fluid mittels elektrischen Hilfs-Wärmetauschern aufgeheizt wird.

Dieses Verfahren unterscheidet sich von dem erfindungs gemäßen Verfahren insbesondere dadurch, daß die Wärme mittels eines Wärmetauschermechanismus zugeführt wird, wobei diese Wärmezufuhr derart erfolgt, daß die oben er wähnten Kapillarkräfte nicht zerstört werden. Wie erwähnt macht dies sehr hohe Temperaturen nötig, um das Öl aus dem Schlamm entfernen zu können. Diese Temperatur liegt im Bereich von ungefähr 260-360°C, wie sich auch in Untersuchungen herausgestellt hat, die im Rahmen der vor liegenden Erfindung angestellt wurden. Dies führt zu den erheblichen Problemen die bereits erwähnt wurden, das heißt Oxidation oder Zersetzung des entstehenden Abfall gases 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 Was ser/Öl-Kondensats und man kann niemals mit absoluter Si cherheit ausschließen, daß das Wasser Ölrück stände enthält.

Bei der Verwendung von Bohrschlamm 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 Explosions gefahr, Problemen mit dem Material der Anlage selbst und Probleme hinsichtlich des Verrußens ist es weiterhin äu ßerst nachteilig, daß aufgrund der hohen Temperaturen Endprodukte entstehen, die bezüglich einer möglichen Ge sundheitsgefährdung nicht mehr kontrolliert sind.

Es wäre anzunehmen, daß beim Destillieren von Öl aus Bohrschlamm unter Vakuum ausreichend geringe Siedetempe raturen erreichtbar wären. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß selbst bei einer Vakuumdestillation keine ausreichend niedrigen Temperaturen erzielbar sind.

Mit den heutzutage bekannten Destillationsverfahren, da runter auch die oben erwähnten, sind Siedetemperaturen von annähernd 350°C nötig, um ausreichend Öl aus den Mineralien oder dem Schlamm zu entfernen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß der aus der norwegischen Patentanmeldung 7 71 423 bekannten Art zu schaffen, daß das Verdampfen der flüssigen Komponente der zu trennenden Materialien bei erheblich tieferen Temperaturen erlaubt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Bei Destillationsversuchen, in denen die Siedeprozesse untersucht wurden, hat sich herausgestellt, daß die Oberflächenspannungen und die Polaritätsbindungen zwi schen den Molekülen durch Bewegung verhindert werden können. Eine schnelle Relativbewegung zwischen den Mole külen verhindert, daß diese aneinandergebunden werden. Diesen Umstand macht sich die vorliegende Erfindung zu nutze. Die gesamte Energie für den Destillationsvorgang wird durch Bewegung des Schlammes mittels einem Schlag rührwerk zugeführt. Die zur Verdampfung notwendige Wär meenergie entsteht dabei durch innere Reibung in dem Ma terial aufgrund des Schlagrührwerks. Aufgrund des Frei werdens des Wassers zusammen mit dem Öl ist z. B. bei dem Öltyp Somentor 31 die Siedetemperatur um 188°C gerin ger als bei einem entsprechenden Aufsieden in einer Re torte. Dies bedeutet, daß der Partialdruck des Öls unge fähr 50% des Gesamtdruckes der Gasmischung ausmacht.

Der Schlamm wird von Rühr- oder Schlagarmen durchgeführt und aufgeschlagen, welche von einem Elektro- oder Ver brennungsmotor in Drehung versetzt werden, was sowohl ein Verdampfen des Kristallwassers als auch des freien Was sers in dem Schlamm zufolge hat, so daß der Partialdruck des Öldampfes (und des Dampfes anderer Flüssigkeiten) zu sätzlich zu dem Partialdruck des Wassers einen Gesamt druck in der Gasmischung erzeugt, was wiederum zufolge hat, daß die Verdampfungstemperatur der gesamten Gas mischung 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 vorgese hen, 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 Was ser ist dieses Verfahren umempfindlich gegenüber Ver schmutzung durch Staub und verhindert jegliche Ver schmutzung 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 Ver suche 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 er folgte durch einen 45 kW Synchronmotor, dessen Stromver brauch 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-Abführlei tung angeordnet, welche zu einem Kondensator führte, so wie 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 Tem peraturstufen an, wobei Öl von den kondensierten Gasen getrennt wurde. Der Grund dafür, daß bei den verschiede nen Temperaturstufen kein Anwachsen der Temperatur zu bemerken war, bis die betroffenen Fraktionen verdampft waren, ist der, daß die gesamte zugeführte Energie ver wendet 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 Schlamm mit Spänen als auch bei Ölschlamm mit Schwerspat (Baryt) gleich.

In den Tests ergaben sich die folgenden Ergebnisse:

1. Rohmasse mit 16% Öl.
2. Rohmasse mit 13,9% Öl.

Test 02 1084 bei 172°C.

1. Masse mit 0% Öl.
2. Masse mit 3,6% Öl.

Test 03 1084.

1. Masse mit 3,5% Öl.

Test 04 1084 bei 150°C.

1. Masse mit 3,6% Öl.

Test 04 1084 bei 160°C.

1. Masse mit 2,45% Öl.

Test 03 1084 bei 172°C.

1. Masse mit 1,8% Öl.

Der Grund für die Schwankungen in den Ergebnissen liegt in Ungenauigkeiten der Meßmethode selbst, sowie in Mu stern 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 Rei bungsprinzip arbeitet und somit als Reibungsverdampfer 1 bezeichnet wird. Der Schlamm kocht in dem Verdampfer und der entstehende Dampf geht über eine Staubabtrennungs vorrichtung 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 Rück stand über einen Wärmetauscher 14 geführt werden, wo er seine Hitze an Öl abgibt, welches von einer Pumpe 15 ei nem Wärmetauscher 16 in dem Tank 12 zugeführt wird, so daß der unbehandelte Schlamm vorgeheizt werden kann.

Der getrocknete Schlamm in 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 Baryt (BaSO₄) Barium frei wird, wenn das Material gelagert wird. Die Briketts können kubisch, zylindrisch oder der gleichen sein und haben in jedem Fall eine leicht han delbare Form des Pulvers zur Folge, das somit in geeig neten 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.

Wenn das Verfahren unter Vakuumbedingungen ausgeführt wird, um eine weitere Verringerung der Siedetemperatur zu erreichen, ist es notwendig, entweder einen Einspritz kondensator zu verwenden oder die Gase von dem Kondensa tor über eine Vakuumpumpe zu entfernen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nun der Reibungsver dampfer 1 gemäß Fig. 1 näher erläutert.

Der Verdampfer weist einen teilbaren zylindrischen Be hälter 21 auf, dessen innere Oberfläche mit langgestreck ten Rippen 22 besetzt ist. Im Inneren des Behälters 21 ist ein Rotor angeordnet, der im wesentlichen aus einer An triebswelle 23, Rotorblätter 25 und Schlagarmen 24 be steht.

Die Schlagarme 24 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 Par tikeln. Somit wird mittels der Reibung zwischen den Par tikeln und der Reibung zwischen den Partikeln und den Schlagarmen Energie aufgebracht. Es soll hier festgehal ten 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 den Schlamm als Reibungshitze übertragen.

Von einem Einlaß 26 an einer Endfläche des Behälters wird der Schlamm zugeführt. Wenn somit Bohrschlamm kontinu ierlich 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 kon tinuierlich an der anderen Endfläche des Behälters über ein Ventil 27 abgelassen werden, das vorzugsweise über die Temperatur des entstehenden Dampfes geregelt wird.

Der freigewordene Dampf wandert in Richtung der An triebswelle 23 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 28 verläßt.

Claims

1. Verfahren zum Trennen von Öl, Wasser und anderen verdampfbaren Flüssigkeiten aus einer Mischung die ser Flüssigkeiten mit feinen Partikeln durch Ver dampfung der flüssigen Komponente aus dem Schlamm in einem Verdampfer, wobei das Material im Verdampfer durch Energie erhitzt wird, die vollständig durch Reibung in dem Material mittels eines Schlagrühr werkes erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf aus dem Reibungsverdampfer (1) durch das gekühlte Kondensat der abgetrennten verdampfba ren Flüssigkeit kondensiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus einem Schlammtank (12) über eine regulierbare Pumpe (9) kontinuierlich dem Ver dampfer (1) zugeführt wird; daß der Dampf, der aus dem Verdampfer (1) ausgeschieden wird, über einen Staubabscheider (2, 3) zu einem Direktkontaktkonden sator (4) geleitet wird, der die feinen Partikel als ein fluidisiertes, trockenes, fast ölfreies Pulver aus dem Verdampfer (1) und dem Staubabscheider (2, 3) aussondert und der die kondensierte Flüssigkeit fast frei von Partikeln aus dem Kondensator (4) aussondert.