DE4208180C2 - Verfahren zur Auftrennung von Gemischen aus Feststoffen oder Schlämmen, welche schwerflüchtige Kohlenwasserstoffe und andere Begleitstoffe enthalten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auftrennung von Gemischen aus Feststoffen oder Schlämmen, welche schwerflüchtige Kohlenwasserstoffe und andere Begleitstoffe enthalten mittels Lösungsmittelextraktion.

Gemische, die hauptsächlich aus Feststoffen oder Schlämmen mit schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffen bestehen, sind für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere dann geeignet, wenn sie als abbaubarer Teersand aus ober- und unterirdischen Lagerstätten auftreten. Es ist aber auch möglich, das Verfahren zur Reinigung verunreinigter Böden nach Auslaufen von Rohöl anzuwenden.

Ölsande oder Teersande sind Sandbänke, die mit viskosen, bitumösen Kohlenwasserstoffen gesättigt sind. Von allen technischen Methoden zur Extraktion von Bitumens ist der Heißwasser-Prozeß der bevorzugte (Ullmann′s Enzyklopädie der Chemischen Technik, Band 17, S. 423 ff). Bei dem Verfahren macht man sich die Tatsache zunutze, daß das Bitumen nicht direkt an die mineralischen Partikel gebunden ist, sondern von ihnen durch einen Wasserfilm getrennt ist. In Gegenwart von heißem Wasser wird das Bitumen mechanisch losgelöst. Nachteilig bei diesem Verfahren sind die dabei anfallenden enormen Mengen an ölhaltigen Flotationsschlämmen, die in Absetzteichen abgelagert werden, was zu beträchtlichen Umweltproblemen führt. Weiterhin nachteilig ist der relativ hohe Energie- und Wasserverbrauch. Es wird weiterhin eine Methode zur Extraktion von Ölsanden mit organischen Lösungsmitteln beschrieben, wobei der Ölsand mit dem Lösungsmittel gemischt und der entstehende Schlamm in Vakuumfilter geleitet wird. Das Lösungsmittel wird dabei im Gegenstrom zum Ölsand geführt, so daß das Filtrat der letzten Kammer (3. Zone) als Waschflüssigkeit für die zweite Zone dient und das von der zweiten Kammer als Waschflüssigkeit für die erste. Das Lösungsmittel wird von den angereicherten Filtraten mit Dampf abgetrieben. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß hierbei für diejenigen Ölsande, bei denen das Bitumen in direktem Kontakt mit den Sandkörnern steht, Verunreinigungen durch feine Partikelchen nicht vermieden werden können. Weiterhin ist danach eine weitgehende Lösungmittelrückgewinnung nicht möglich, was bei der nachfolgenden Aufarbeitung des Bitumens zu verstärkter Korrosion und rascher Zerstörung der Katalysatoren bei Verwendung FCKW-haltiger Lösungsmittel führt. Ein anderer Nachteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß nur Stoffe extrahiert werden können, die die verwendeten Filter nicht verstopfen.

Nach der DE-OS 29 21 654 wird ein Kontaktierungsverfahren zum Behandeln vermischter Abfallmaterialien, die Öl und/oder Ölableitprodukte, verschmutztes Wasser und Feststoffschlamm enthalten, beschrieben. Dabei werden die Ölbestandteile durch Lösungsmittel aus dem Abfallmaterial in einer kontinuierlichen Mehrkammerkontaktiervorrichtung extrahiert, in der das Abfallmaterial und ein Lösungsmittel sich in getrennten Phasen bewegen und mittels sich in der Kontaktiervorrichtung drehenden Behältern miteinander in Kontakt gebracht werden.

Die Feststoffabtrennung erfolgt ausschließlich auf der Basis der Wirkung der Gravitationskräfte, wodurch eine ausreichende Abtrennung der schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffe sowie der Feststoffteilchen nicht erreicht werden kann.

Aus der EP 0 081 016 A1 ist ein Verfahren zur Extraktion von Bitumenöl aus bitumenhaltigen Mineralien bekannt. Danach wird der Teersand zur Extraktion mit Wasser und Lösungsmittel angeteigt.

Das beschriebene Verfahren ist sehr aufwendig, da zahlreiche Vorrichtungen zur Entwässerung benötigt werden und die Lösungsmittelrückgewinnung mit konventionellen, sehr energieaufwendigen Kolonnen durchgeführt werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, wonach Gemische aus Feststoffen oder Schlämmen, die schwerflüchtige Kohlenwasserstoffe und andere Begleitstoffe enthalten, mittels Lösungsmittelextraktion in ihre Hauptbestandteile aufgetrennt werden können und wobei die Nachteile der oben genannten Verfahren vermieden werden. Das Verfahren soll universell einsetzbar sein, d. h., sowohl für die Bitumenproduktion aus Teer- beziehungsweise Ölsanden als auch für die Reinigung verunreinigter Böden nach dem Auslaufen von Rohöl.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das den Extraktionsreaktor verlassende Gemisch mit einem flüssigen, öligen Anteil an schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffen und Lösungsmittel einem Absetzer zugeführt wird, welches dort in einem Überlauf von mit schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffen gesättigtem Lösungsmittel und ein Sediment von lösungsmittelgesättigten Kohlenwasserstoffen getrennt wird.

Die von schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffen befreiten Feststoffe werden einem Trockner zur Restlösungsmittelabtrennung zugeführt.

Der zurückbleibende Feststoff kann z. B. als Füllmaterial von Abbaugruben oder als gereinigter Boden einer weiteren Verwertung zugeführt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es möglich, Bitumen aus Teersand herzustellen, ohne daß dabei Produktionsabfälle in Absetzteichen abgelagert werden müssen. Das umweltverträgliche Verfahren ermöglicht hohe Ausbeuten bei der Bitumengewinnung und hat dabei niedrige Energie- und Betriebskosten. Auch bei geringen Bitumengehalten des Teersandes (<6%) liegt der Extraktionswirkungsgrad bei ca. 90%. Der zurückbleibende Feststoff ist ökologisch unbedenklich und das verwendete Lösungsmittel kann ständig in den Kreisprozeß zurückgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, ohne Wasserverbrauch und hohe Energiekosten für Wasserabtrennung und Lösungsmittelrückgewinnung eine äußerst wirtschaftliche Bitumenproduktion aus Teer- bzw. Ölsanden durchzuführen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird als Lösungsmittel ein organisches FCKW-freies Lösungsmittel verwendet. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Petrolbenzin. Viele andere kohlenwasserstoffhaltige Lösungsmittel sind für die Extraktion ebenso geeignet. Die Verwendung richtet sich unter anderem nach der Art der zu lösenden Kohlenwasserstoffe. Sind viele benzolringhaltige oder polare Verbindungen im Bitumen oder anderen schwer siedenden Kohlenwasserstoffen enthalten, empfehlen sich ähnliche Lösungsmittel, wie Toluol oder Benzol. Die Grenzen der Eignung des Lösungsmittels liegen in der Lösungsmittelrückgewinnung durch genügend große Siedepunktabstände zwischen Lösungsmittel und Gelöstem, der Verfügbarkeit vor Ort, dem Herstellungspreis, der Umweltverträglichkeit und der Verträglichkeit mit den nachfolgenden Produktionsschritten. FCKW-haltige Lösungsmittel scheiden neben Umweltschutzgründen auch aufgrund katalysatorschädigender Halogenspuren in der Bitumenaufarbeitung aus.

Gemäß eines bevorzugten Merkmales der Erfindung kann die Vermischung mit dem Lösungsmittel mit dem Abbau des Gemisches gekoppelt werden und die Suspension dann über Pipelines zur weiteren Verarbeitung gefördert werden, wobei die Pipeline selbst als Extraktionsreaktor betrieben wird und zwar insbesondere dann, wenn es sich um die Bitumenproduktion aus Teer- beziehungsweise Ölsand handelt. Diese Variante bietet sich an, wenn der Teersand nach der Gewinnung unmittelbar mit Lösungsmittel vermischt und in einer Pipeline transportiert werden soll. Die Pipeline dient dann als Rohrreaktor. Die Kostenersparnis gegenüber herkömmlichen Verfahren beträgt bis zu 50%, wobei die höhere Betriebssicherheit unter extremen Witterungsbedingungen und die Einsparung der Investkosten für Extraktionskessel noch nicht berücksichtigt wurden.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein Verfahrensfließbild zur Bitumenproduktion aus Teer- beziehungsweise Ölsanden dargestellt.

1. Auführungsbeispiel

Das Verfahren gemäß Fig. 1 zur Gewinnung von Bitumen ist ein reiner Produktionsprozeß. Das Einsatzmaterial ist der Teersand selbst, der nach konventionellen Abbaumethoden mit Schaufelradbaggern und ähnlichem Gerät im Tagebau und/oder nach neuen Abbaumethoden mit mobilen Zerkleinerern oder anderen Methoden (Steam injection) Über- oder Untertage abgebaut wird. Der Teersand T wird über Förderbänder dem Extraktionsreaktor 1 zugeführt, wo er mit Lösungsmittel Lm vermischt wird. Die Vermischung und damit der Beginn der Extraktion läßt sich mit dem Teersandabbau koppeln. Das Lösungsmittel Lm wird in die Teersandschicht hineingepumpt und spült den Teersand in einer Suspension über Pipelines zur weiteren Aufbereitung. Die Pipeline (nicht dargestellt) übernimmt hierbei die Funktion des Förderorgans und des Extraktionsreaktors 1 (Rohrreaktor). Dieses Verfahren eignet sich besonders für tiefliegende Teersandschichten, die nicht mehr Übertage abgebaut werden können. Die Kostenersparnis bei Verwendung von Pipelines als Förderorgan beträgt gegenüber herkömmlichen Förderbändern 50%, wobei die höhere Betriebssicherheit unter extremen Witterungsbedingungen und die Einsparung der Investkosten des Extraktionskessels noch nicht berücksichtigt sind. Vorteilhaft ist der Transport in Pipelines auch deshalb, weil sich die Abbaugebiete der Teersande immer weiter von den Aufbereitungsanlagen der Mine entfernen, wobei häufig Flüsse und andere geologische Hindernisse überquert werden müssen, die mit Pipelines relativ einfach zu überwinden sind. Der Feststoffaustrag F_A des Trockners kann zur Verfüllung der Abbaustellen genutzt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren entfallen die Absetzteiche und alle damit verbundenen Kosten und Umweltbelastungen. Gemäß dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der aufbereitete Teersand T in einem Mischdrehrohr 1 mit dem Lösungsmittel Petrolbenzin Lm vermengt. Das Bitumen B tritt in die Lösungsmittelphase über und wird am Ende des Mischdrehrohres 1 zusammen mit dem Lösungsmittel Lm abgezogen und einem Absetzer 2A₁ zugeführt. Petrolbenzin bildet auch bei inniger Vermischung mit Teersand keinen Schlamm, so daß die Abtrennung leicht durchführbar ist. Im Absetzer 2A₁ sedimentiert das Bitumen aus dem Extraktionsmittel. Der Überlauf Ü₁ des Absetzers 2A₁ enthält bitumengesättigtes Lösungsmittel, das über eine Vorwärmung 3 in einen Horizontalrohrsprühfilmverdampfer 4 mit Brüdenkompression geleitet wird. Dieser energiesparende Verdampfer trennt den größten Teil des Extraktionsmittels ab und leitet es zur Wiederverwertung in die Extraktion. Das Konzentrat K durchläuft wiederum einen Absetzer 2A₂. Der Überlauf Ü₂ wird zur weiteren Aufkonzentrierung beziehungsweise Lösungsmittelabtrennung in einen verschmutzungsunempfindlichen Wirbelschichtverdampfer 5 geleitet. Die Restlösemittelabtrennung wird in einem Trockner 6, der als dampfbeheiztes Drehrohr ausgeführt ist, vorgenommen. Die abgetriebenen Brüden werden kondensiert und zur Extraktion zurückgeführt. Falls zusätzlich mit Dampf D im Drehrohr gestrippt wurde, wird nach der Kondensation der Brüden eine einfache Wasserabtrennung 7 nachgeschaltet.

2. Ausführungsbeispiel

Das Verfahren kann auch zur Reinigung ölverschmutzter Böden angewendet werden. Dieser Prozeß unterscheidet sich nur in Details von der oben beschriebenen Schlammaufbereitung. Unterschiede ergeben sich in Bezug auf die mechanische Vorbehandlung, die sich nach der Art der zu reinigenden Böden richtet.

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal kann die Anlagengröße sein. Während bei der Teersandgewinnung typische Durchsätze bei einige 1000 Kubikmeter pro Stunde liegen, sind Bodensanierungsanlagen für Durchsätze von 1-100 m³/h projektiert. Diese Anlagen müssen in relativ kurzer Zeit an unterschiedliche Sanierungsstellen transportiert werden können und sind daher für den mobilen Einsatz konstruiert (kleine Bodensanierungsanlagen werden in Containerbauweise ausgeführt).

Es gibt jedoch auch Anwendungsfälle, in denen wesentlich größere Anlagen zur Bodensanierung sinnvoll erscheinen (z. B. Beseitigung von Kriegsfolgen oder Naturkatastrophen).

Der zu behandelnde Boden wird in den Extraktionsreaktor gegeben, der aus Kostengründen in der Regel kein Rohrreaktor in Form einer Pipeline, sondern ein kontinuierlicher Rührkessel oder eine Kaskade aus Rührkesseln ist.

Der Boden wird im Reaktor mit Lösungsmitteln gewaschen, wobei das Öl ins Lösungsmittel übertritt oder teilweise im Extraktionsreaktor flotiert.

Nach dem Extraktionsreaktor folgt die oben beschriebene Trennung von Boden, Lösungsmittel und Öl durch mechanische Dekantierung, Lösemittelrückgewinnung und Ausstrippen des Restlösungsmittels durch Dampf.

Claims (4)

1. Verfahren zur Auftrennung von Gemischen aus Feststoffen oder Schlämmen, die schwerflüchtige Kohlenwasserstoffe und andere Begleitstoffe enthalten mittels Lösungsmittelextraktion, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die nach der Zusammenführung des Gemisches mit Lösungsmittel in einem Extraktionsreaktor (1) im Lösungsmittel gelösten schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffe einem Absetzer (2A₁) zugeführt werden und die noch Lösungsmittel enthaltenden, von schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffen befreiten Feststoffe einem Trockner (6) zur Restlösemittelabtrennung zugeführt werden,
• - im Absetzer (2A₁) die schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffe aus dem Lösungsmittel sedimentieren und der Überlauf (Ü₁) des Absetzers (2A₁) in einem Verdampfer (4) mit Brüdenkompression verdampft wird und das dabei erhaltene Konzentrat (K) einem weiteren Absetzer (2A₂) zugeleitet wird, in dem schwerflüchtige Kohlenwasserstoffe sedimentieren und der Überlauf (Ü₂) zur weiteren Aufkonzentrierung einem Verdampfer (5) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zugemischte Lösungsmittel ein organisches FCKW-freies Lösungsmittel ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise Petrolbenzin, Toluol, Benzol oder ähnliche kohlenwasserstoffhaltige Lösungsmittel eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermischung mit dem Lösungsmittel mit dem Abbau des Gemisches gekoppelt wird und die Suspension über Pipelines zur weiteren Verarbeitung gefördert wird, wobei die Pipeline selbst als Extraktionsrohrreaktor betrieben wird.