DE4111868A1 - Verfahren und einrichtung zur sanierung eines oelkontaminierten bodens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sanierung eines ölkontaminierten Bodens.

Ölbelastete Böden oder Erden entstehen zum Beispiel auf Bau­ stellen, Tankstellen oder Parkplätzen, auf Industriegeländen, an Gaswerken, durch Unfälle von Öltransportern, bei denen Erd­ öl ins Erdreich eindringt und abgetragen werden muß, durch Schiffsunfälle, bei denen ölkontaminierter Sand am Ufer an­ fällt, und durch andere Umstände.

Bisher wurden solche Böden durch Verbrennung, durch Auswa­ schung, durch Lösungsmittelextraktion oder nach der Flota­ tionsmethode behandelt. Der Nachteil der letzten drei Metho­ den ist der, daß das Öl nach der Bodenreinigung in der je­ weiligen Reinigungssubstanz enthalten ist, wobei nunmehr wie­ derum die Entsorgung dieser Reinigungssubstanz Probleme und Kosten verursacht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung anzugeben, mit denen der kontaminierte Boden zu einem hohen Prozentsatz vom Öl gereinigt werden kann und bei denen keine ölverunreinigten Reinigungssubstanzen anfallen.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Boden einem Gas bei einem ersten Temperaturwert und einem ersten Druckwert ausgesetzt wird, bei denen das Gas wie ein Lösungsmittel auf das Öl wirkt, so daß das Gas mit dem Öl versetzt wird, und daß das mit dem Öl ver­ setzte Gas anschließend auf einem zweiten Temperatur- und/oder Druckwert überführt wird, bei dem das Öl aus dem Gas abge­ schieden wird.

Die genannte Aufgabe wird bezüglich der Einrichtung erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Reaktor vorgesehen ist, in dem der Boden einem Gas bei einem ersten Temperaturwert und einem ersten Druckwert ausgesetzt wird, bei welchen Wer­ ten das Gas wie ein Lösungsmittel auf das Öl wirkt, und daß dem Reaktor ein Behälter nachgeschaltet ist, in dem das mit dem Öl versetzte Gas einen zweiten Temperatur- und/oder Druck­ wert annimmt, bei denen das Öl aus dem Gas abgeschieden wird.

Bevorzugt wird hierbei nach der Methode der überkritischen Gasextraktion vorgegangen. Dabei liegt der erste Temperatur­ wert und/oder der erste Druckwert im überkritischen Bereich des Gases, und der zweite Temperatur- und/oder Druckwert liegt im unterkritischen Bereich des Gases. Besonders geeignet hier­ für ist das Gas Propan (C₃H₈), das man unter einem Druck ober­ halb von 45 bar, bevorzugt oberhalb von 100 bar, in Kontakt mit dem zu reinigenden Boden bringt. Um einen guten Austrei­ bungsgrad für das Öl zu erhalten, sollte dabei ein erster Temperaturwert oberhalb von 100°C gewählt werden. Niedrigere Temperaturen sind auch möglich. Bei Temperaturen über 100 erreicht man Umwandlungsgrade von bis zu 94%, das heißt der kontaminierte Boden wird bis zu 94% vom Öl gereinigt. Bei niedrigeren Drucken und niedrigeren Temperaturen ergeben sich geringere Umwandlungsgrade. Versuche haben ergeben, daß vor allem ein hoher Druck wichtig ist. Durch die hohe Löslichkeit des Öles im Propan findet dann eine nahezu vollständige Ex­ traktion aus dem Boden statt. Der somit gereinigte Boden kann anschließend dem ursprünglichen Erdreich wieder zugeführt wer­ den.

Bezüglich der Einrichtung ist noch folgendes anzumerken: Der Reaktor kann so aufgebaut sein, daß der ölkontaminierte Boden von dem Gas mit dem ersten Temperatur- und dem ersten Druckwert durchströmt wird. Der Behälter kann eine Vorrichtung zum Ent­ spannen des vom Reaktor kommenden, mit dem Öl versetzten Gases enthalten. Dann wird das Gas, beispielsweise wieder Propan, als Träger des Öles in den als Kondensationskammer wirkenden Behäl­ ter entspannt. Hier kühlt das Gas ab, wodurch wieder eine voll­ ständige Trennung des Öles vom Gas stattfindet. Insbesondere bei Propan ist die Löslichkeit unter atmosphärischen Bedingun­ gen sehr klein, so daß eine fast vollkommene Ölrückgewinnung möglich ist.

Das ölfreie Gas kann sodann erneut durch Recycling zur weite­ ren Sanierung benutzt werden. Der ölfreie Boden kann zurück ins Erdreich gelangen, und das aufgefangene Öl kann verbrannt oder auch aufgearbeitet werden. Verunreinigte Lösungsmittel fallen nicht an.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Einrichtung zur Gasextraktion von Öl aus einem öl­ kontaminierten Boden in einer Laboranordnung und

Fig. 2 ein Druck-Temperatur-Diagramm, in dem die damit gewon­ nenen Versuchsergebnisse eingetragen sind.

Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung zur Sanierung eines ölkon­ taminierten Bodens 2, der als Probe vorliegt, beruht auf dem Einsatz eines Gases G wie insbesondere Propan C₃H₈. Es hat die Eigenschaft, wie ein Lösungsmittel für Öle zu wirken, so­ bald man es in einem thermodynamischen Zustand bringt, der im überkritischen Bereich liegt. Das heißt, das Propan erreicht dabei Temperaturen T₁ oberhalb von ca. 100°C und Drücke p₁ oberhalb von ca. 45 bar. Besonders bevorzugte Einsatzbereiche, bei denen eine hohe Umwandlungsrate oder Ölabscheidungsrate zu verzeichnen ist, ergeben sich später aus Fig. 2.

Dieser Lösungsvorgang läßt sich wieder umkehren, wenn man die Druck- und Temperaturverhältnisse derart verändert, daß die Löslichkeit des Öles im Propangas klein wird. Findet dieser Vorgang in einem gesonderten Abscheideraum statt, so kann man dort das Öl vom Propan weitgehend trennen und letzteres erneut durch Rezirkulation zur Extraktion einsetzen. Das Recycling- Verfahren eröffnet Möglichkeiten, die Bodensanierung durch Gas­ extraktion in kontinuierlich arbeitenden Anlagen zu betreiben.

Nach Fig. 1 wird das Gas G über einen Verdichter 4 und Venti­ le 6, 8 in einen Reaktor 10 eingeleitet, in dem sich der zu reinigende ölkontaminierte Boden 2 befindet. Dem Reaktor 10 ist über weitere Ventile 12, 14 ein Gaserhitzer 16 vorgeschal­ tet, mit dem wahlweise das Gas G oder ein Inertgas I wie Stick­ stoff N₂, das über zusätzliche Ventile 18, 20 aus einer nicht gezeigten Quelle zugeführt werden kann, erhitzt werden kann. Das Inertgas I wird in einer Aufheizphase zur Erwärmung des Reaktors 10 verwendet, um nicht dauernd mit dem vergleichswei­ se teueren Gas G arbeiten zu müssen. Mit Hilfe des Verdichters 4 und des Gaserhitzers 16 wird das Gas G in dem Reaktor 10 auf einen ersten Temperaturwert T₁ und einen ersten Druckwert p₁ eingestellt, die oberhalb von 100°C bzw. oberhalb von 45 bar, bevorzugt oberhalb von 100 bar, liegen. Das Gas G strömt von oben durch den den Boden 2. Dadurch wird im Reaktor 10 das Gas G mit dem im Boden 2 enthaltenen Öl O versetzt. Nach einer vorgegebenen Reaktionszeit wird das Gas-Öl-Gemisch G′ in einen nachgeschalteten Behälter 22 geleitet. Hier nimmt das mit dem Öl O versetzte Gas G′ einen zweiten Temperaturwert T₂ und/oder einen zweiten Druckwert p₂ an, bei denen/dem das Öl O aus dem Gas G′ abgeschieden wird. Dieser Vorgang kann relativ einfach durch Entspannen erzielt werden. Der besagte zweite Temperatur­ wert T₂ und der besagte zweite Druckwert p₂ liegen nennenswert unter den entsprechenden ersten Werten T₁ bzw. p₁. Vorliegend ist der Behälter 22 als Kondensationsbehälter ausgebildet, der von einem weiteren Behälter 24, in dem sich Eiswasser 26 be­ findet, gekühlt wird. Das nunmehr vom Öl O befreite Gas G wird über weitere Ventile 28, 30 und eine Gasuhr 32 abgeleitet. Das Gas G steht nunmehr für eine weitere Verwendung als Adsorptions­ mittel zur Verfügung.

In Fig. 2 sind vier Versuchsergebnisse eingetragen, die mit einer einheitlichen kontaminierten Bodenprobe 2 von 3,3% (Mas­ se) Ölgehalt erzielt wurden. Die vier Proben 2 hatten jeweils eine Masse von 100 g und wurden in den Reaktor 10 gebracht. So­ dann wurde der Reaktor 10 über den Verdichter 4 und den Gas­ erhitzer 16 mit Propan auf den gewünschten Druck p₁ sowie die gewünschte Temperatur T₁ gebracht. Die vier Wertepaare T₁, p₁ sind aus Fig. 2 zu entnehmen. Sodann wurde unter diesen ther­ modynamischen Randbedingungen ein konstanter Propandurchfluß von 1 l/min. eingestellt und während 30 Minuten aufrechterhal­ ten. In dieser Zeit konnte sich das Öl O aus der Probe 2 im Propan G lösen und über den Durchfluß in den Kondensationsbe­ hälter 22 gelangen. Hier wurde es bei wesentlich niedrigerer Temperatur T₂ und wesentlich niedrigerem Druck p₂ vom Propan G′ wieder getrennt. Wenn die Verweilzeit des Propans G′ im Kon­ densationsbehälter 22 ausreichend lang ist, ergibt sich eine weitgehend vollständige Trennung. Das vom Öl O gereinigte Pro­ pan G wurde über die Gasuhr 32 weitergeleitet. Nach Ablauf ei­ ner Versuchszeit von ca. 30 Minuten wurde der Druck insgesamt abgesenkt, die Probe 2 gewogen und zur Ermittlung des verblei­ benden Ölgehaltes einer chemischen Analyse unterzogen. Das Er­ gebnis ist in Fig. 2 zusammengefaßt, wo für den jeweiligen Versuch der Grad des Ölaustrags in der p-T-Ebene aufgetragen ist. 100% entspricht dabei dem ursprünglichen Ölgehalt des Bodens 2 vor dem Versuch.

Man erkennt aus Fig. 2, wie empfindlich die Versuchsergebnis­ se von dem Druck p₁ und der Temperatur T₁ abhängig sind. Offen­ bar ist der hohe Druck p₁ von ca. 100 bar für einen nahezu vollständigen Ölaustrag wichtiger als hohe Temperaturen T₁. Der kritische Punkt, bei dem die Dampfdruckkurve D in Fig. 2 endet, ist mit K bezeichnet. Das beste Ergebnis mit 93,8% wurde bei T₁ = 120°C und p₁ = 100 bar erzielt.

Claims (19)

1. Verfahren zur Sanierung eines ölkontaminierten Bodens, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (2) einem Gas (G) bei einem ersten Temperaturwert (T₁) und ei­ nem ersten Druckwert (p₁) ausgesetzt wird, bei denen das Gas (G) wie ein Lösungsmittel auf das Öl (O) wirkt, so daß das Gas (G) mit dem Öl (O) versetzt wird, und daß das mit dem Öl (O) versetzte Gas (G′) anschließend auf einen zweiten Tempe­ ratur- und/oder Druckwert (T₂, p₂) überführt wird, bei dem das Öl (O) aus dem Gas (G′) abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Temperaturwert (T₁) und/oder der erste Druckwert (p₁) im überkritischen Bereich des Gases (G) liegt, und daß der zweite Temperatur- und/oder Druckbe­ reich (T₂, p₂) im unterkritischen Bereich des Gases (G) liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Gas Propan (C₃H₈) vorge­ sehen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Temperaturwert (T₁) oberhalb von 100°C liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Druckwert (p₁) ober­ halb von 45 bar, bevorzugt oberhalb von 100 bar, liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Öl (O) ver­ setzte Gas (G′) zwecks Überführung auf den zweiten Temperatur- und/oder Druckwert (T₂, p₂) entspannt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Öl (O) versetz­ te Gas (G′) zwecks Überführung auf den zweiten Temperaturwert (T₂) durch ein Kühlmittel abgekühlt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (G) nach dem Ab­ scheiden des Öls (O) erneut als Lösungsmittel für das Öl (O) im Boden (2) herangezogen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Gas (G) abge­ schiedene Öl (O) verbrannt oder aufgearbeitet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich neuer öl­ kontaminierter Boden (2) einem Strom des Gases (G) das den er­ sten Temperaturwert (T₁) und den ersten Druckwert (p₁) auf­ weist, ausgesetzt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß nach dem Ver­ setzen des Gases (G) mit dem Öl (O) der nun weitgehend ölfreie Boden (2) deponiert wird.

12. Einrichtung zur Sanierung eines ölkontaminierten Bodens, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reak­ tor (10) vorgesehen ist, in dem der Boden (2) einem Gas (G) bei einem ersten Temperaturwert (T₁) und einem ersten Druck­ wert (p₁) ausgesetzt wird, bei welchen Werten (T₁, p₁) das Gas (G) wie ein Lösungsmittel auf das Öl (O) wirkt, und daß dem Reaktor (10) ein Behälter (22) nachgeschaltet ist, in dem das mit dem Öl (O) versetzte Gas (G′) einen zweiten Tempera­ tur- und/oder Druckwert (T₂, p₂) annimmt, bei denen das Öl (O) aus dem Gas (G′) abgeschieden wird.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Reaktor (10) so aufge­ baut ist, daß der ölkontaminierte Boden (2) von dem Gas (G) mit dem ersten Temperatur- und Druckwert (T₁, p₁) durchströmt wird.

14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (22) eine Vorrichtung zum Entspannen des vom Reaktor (10) kommenden, mit dem Öl (O) versetzten Gases (G′) enthält.

15. Einrichtung nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (22) gekühlt ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Reaktor (10) ein Gaserhitzer (16) vorgeschaltet ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Reaktor (10) ein Verdichter (4) für das Gas (G) vorgeschaltet ist.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Reaktor (10) eine Quelle für ein Inertgas (I) vorgeschaltet ist.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß Mittel vor­ gesehen sind, um kontinuierlich neuen ölkontaminierten Boden (2) in den Reaktor (10) einzubringen.