DE60203009T2

DE60203009T2 - Verfahren und anordnung zum trennen von ölhaltigen materialien

Info

Publication number: DE60203009T2
Application number: DE60203009T
Authority: DE
Inventors: Asbj Rn Strand
Original assignee: Thermtech AS
Current assignee: Thermtech AS
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2022-05-17
Also published as: EP1402222B1; US7562465B2; EP1402222A1; ES2333203T3; ES2238571T3; NO322684B1; NO20012402D0; ATE289217T1; ATE443836T1; US7396433B2; US20040149395A1; CA2447009C; EP1401550B1; DE60233793D1; NO20012402L; WO2002092187A1; EP1401550A1; CA2447009A1; DE60203009D1; WO2002093094A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Öl von ölhaltigen Materialien gemäß den Ansprüchen 1 und 8.
Somit bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das Trocknen von verschiedenen Arten von ölhaltigem Schlamm. Das Material, an welchem Versuche durchgeführt wurden, ist Bohrgut, weshalb sich nachstehende Beschreibung auf dieses Material konzentriert. Jedoch ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf das Trocknen von Bohrgut beschränkt ist.
In Verbindung mit der Exploration von Öl werden große Mengen an Spülschlamm auf Erdölbasis verwendet. Die Verwendung von Spülschlamm auf Erdölbasis führt im Gegensatz zu Spülschlamm auf Wasserbasis zu bedeutenden technischen Vorteilen bei Testbohrungen sowie bei Bohrungen zur Herstellung von Ölbohrlöchern sowohl auf dem Festland als auch offshore.
Solches Bohrgut besteht normalerweise aus granuliertem Gestein und Ton, die mit Hilfe von Bohrflüssigkeiten (Schlamm) und Bohrflüssigkeits-Rückständen, deren Entfernung die in Verbindung mit den Bohrungen angewandten mechanischen Trennverfahren nicht schaffen, aus der Tiefe nach oben gefördert werden. Spülschlamm besteht aus speziellen Grundölen, aus Wasser, verschiedenen Chemikalien und speziellen Arten von fein gemahlenem Ton. Jedes Jahr werden auf der gesamten Welt Abfallprodukte dieser Art in riesigen Mengen erzeugt und belasten die Ölfirmen mit erheblichen Kosten für ihre Handhabung, ihren Transport und ihre Reinigung. Die Reinigung beinhaltet das Entfernen von Öl aus dem Feststoff, so dass das Öl für den Bohrbetrieb wieder verwendbar ist und der Feststoff als inaktiver Abfall der Deponie zugeführt werden oder als Füllmaterial oder dergleichen verwendet werden kann.
Wegen des Ölgehalts des Bohrguts, das aus dem Bohrloch zurückkommt, kann das Bohrgut nicht in der freien Natur deponiert werden. Vielmehr muss das Öl aus dem Bohrgut entfernt werden, um so ein umweltfreundliches Deponieren zu gewährleisten.
Probleme bereitet insbesondere die Fraktion der Spülflüssigkeit, die feine Körner enthält, während die grobe Körner enthaltende Fraktion auf Rüttelsieben gesiebt und vor dem Verkippen gewaschen werden kann oder die Ölrückstände abgedampft werden können.
Die feinkörnige Fraktion, die aus den Rüttelsieben oder aus dem Waschvorgang kommt, wird normalerweise in Zentrifugen oder Hydrozyklonen behandelt, in denen man erreicht, dass ein Teil des Öls und Wassers von dem Schlamm getrennt wird.
Der restliche Teil des Öls ist stark an den Schlamm gebunden, und es gibt keine ausreichend zufriedenstellenden Verfahren zum Trennen dieses Öls von dem Restschlamm.
Konventionelle Verarbeitungseinrichtungen für diese Art Abfall basieren auf indirekter Erwärmung. Das bedeutet, dass das Bohrgut mit Heizflächen in Kontakt ist, die zum Beispiel mit Heißöl oder Rauchgas beheizt werden. Verschiedene Prozesse auf der Basis einer indirekten Erwärmung werden extensiv ausschließlich in Anlagen auf dem Festland angewandt.
"CLTU" von Soil Recovery Ltd. in Dänemark und "Thermal-D^TM" von Oiltools International sind zu nennende Heißöl-Verfahren bzw. Vorrichtungen. Das CLTU-Verfahren ist ein sogenannter Schalen-Trockner, in dem das Material durch einen Rotor, der mit Heißöl gefüllte Schalen aufweist, erhitzt wird. Die Thermal-DTM-Vorrichtungen sind sogenannte "Paddel-Trockner", bei denen der Rotor spezielle Rührkörper umfasst, die mit Heißöl gefüllt sind. Bei beiden dieser Vorrichtungen hat der Rotor die zusätzliche Aufgabe, für einen langsamen Transport des Materials durch die Maschine zu sorgen.
Während das Material das Verfahren durchläuft, wird es nach und nach erhitzt, so dass wegen der unterschiedlichen Siedepunkte zuerst Wasser verdampft wird, das möglicherweise in dem Material enthalten ist, und danach die verschiedenen Ölfraktionen verdampft werden. Eine typische Siedepunktverteilung bei typischen Grundölen, die in Spülflüssigkeiten Verwendung finden, liegt im Bereich von 180–200°C bis 280–340°C. Wegen der begrenzten Anwendungstemperatur bei konventionellen Heißölen – die maximale Temperatur, der das Material in solchen Verfahren ausgesetzt werden kann, beträgt etwa 280–300°C und führt in vielen Fällen zu einer unzureichenden Verdampfung des Öls in dem Material – kann die Behandlungskapazität erforderlichenfalls reduziert werden, indem eine längere Verweilzeit für das Material angesetzt wird, so dass in dem Material etwa die gleiche Temperatur wie in dem Heißöl erreicht wird.
Verfahren, bei denen die Erhitzung mit Abgas erfolgt, umfassen häufig große rotierende Trommeln, durch welche das Material langsam hindurchtransportiert und gleichzeitig durch heißes Abgas erhitzt wird, das aus der Verbrennung von Öl oder Gas an der Außenseite der Trommel stammt. Damit das Material besser gemischt wird, können die Vorrichtungen an der Innenseite verschiedene Rührwerk-Anordnungen aufweisen. Da das Abgas eine Temperatur von 800–900°C aufweisen kann, unterliegen diese Vorrichtungen nicht den gleichen Temperatureinschränkungen wie die Verfahren, bei denen die Erhitzung durch Heißöl stattfindet. Andererseits führt diese Technologie zu sehr umfangreichen Installationen, und lange Verweilzeiten des Materials können einen Wärmeabbau des Öls zur Folge haben, das man mit seiner ursprünglichen Qualität wiedergewinnen will. Zu nennende kommerziell verwendete Vorrichtungen bzw. Verfahren sind THOR^TM von VARCO International und das ITD-Verfahren von OnSite^TM Technology.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik eine Anordnung bekannt, die nach dem Reibungsprinzip arbeitet, um ausreichend Energie für das Abdampfen der Ölfraktionen zu erzeugen. Dieses System ist in dem Patent NO 155832 oder US-A-4 869 810 der Anmelderin selbst beschrieben. Bei diesem Verfahren werden eine Hammermühle mit schwingenden Rotorarmen sowie Rippen in dem Stator verwendet, um alle Partikel in dem Material, deren Verdampfung gewünscht wird, fein zu zerstoßen. Dies führt dazu, dass die erzeugte Wärme sicherstellt, dass das Öl in dem Material bei einer Temperatur verdampft wird, die niedriger ist als bei normaler Verdampfung. Mit diesem Verfahren werden die Kapillarkräfte zwischen den Ölkomponenten und den Feststoffpartikeln zerstört. Durch das feine Zerstoßen des Materials wird Energie freigesetzt, so dass es nicht notwendig ist, Wärme in dem Übermaß zuzuführen, das normalerweise erforderlich ist, um die in den Kapillargefäßen gebundene Flüssigkeit auszupressen.
Dieses Verfahren unterliegt jedoch Einschränkungen, so dass das Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens ist, das eine wesentliche Verbesserung darstellt.
Das extensive Zerstoßen des Schlamm-Materials ist einer der Nachteile, den man bei einem Verfahren gemäß NO 155.832 erfährt. Dieses feine Zerstoßen von Schlamm-Material führt dazu, dass ein großer Teil der Partikel so klein wird, dass die Partikel nicht mehr wirksam in der Behandlungskammer zurückgehalten werden können, sondern mit dem Fluiddampf ausgeschleppt werden. Ferner werden die Partikel so klein, dass es schwierig, wenn nicht unmöglich ist, diese mit den Verfahren für Gasphasentrennung, die im Zusammenhang mit Hochtemperatur-Öldampf angewandt werden können, zu separieren. Die Partikel werden dadurch in die Kondensationseinrichtung für dieses Verfahren transportiert und landen schließlich in den kondensierten Flüssigkeitsphasen. Dies reduziert den Nutzwert des Verfahrens erheblich, da das Ziel ist, die Phasen so rein wie möglich zurückzugewinnen.
Eine weitere Einschränkung bei dem in dem Dokument NO 155.832 beschriebenen Verfahren ist die Konstruktion mit Rippen in dem Stator. Dies führt zu einem starken Verschleiß sowohl an den Rotorarmen als auch an den Rippen, und selbst mit den besten verfügbaren Materialen für einen harten Überzug hat die Erfahrung gezeigt, dass die Wartungsintervalle viel zu kurz werden.
Im Wesentlichen unterscheidet sich die vorliegende Erfindung insofern stark von dem in dem Dokument NO 155.832 beschriebenen Verfahren, als man nicht von der Zerstörung der Kapillarkräfte abhängig ist und man dadurch das unnötige Zerstoßen des Materials vermeiden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der Stator eine glatte Innenwand hat und dass die Rotorarme dauerhaft festgelegt sind, um Schwingungsbewegungen einzuschränken, die ein Zerstoßen fördern könnten.
Es wurde dadurch überraschend festgestellt, dass man mit diesen Änderungen immer noch in der Lage ist, Öle wesentlich unterhalb ihrer normalen atmosphärischen Siedepunkte zu verdampfen. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein wird angenommen, dass der Mechanismus, der das erfindungsgemäße Verfahren erklären kann, ein effektives sogenanntes "Dampf-Stripping" ist. Damit ist eine Verdampfung einer ersten Komponente bei einer Temperatur wesentlich unterhalb dem normalen atmosphärischen Siedepunkt gemeint, wobei der Partialdruck in der Gasphase der ersten Komponente durch Hinzufügen einer Komponente oder durch eine bereits vorhandene zweite Komponente reduziert wird. Die erste Komponente ist typisch ein Öl oder mehrere verschiedene Öle, jedoch die zweite Komponente ist typisch Wasserdampf.
Wenn man zum Beispiel eine erste Komponente mit einem Siedepunkt von 300°C bei normalem Atmosphärendruck und von 250°C bei 0,1 at hat, kann man durch Dampf-Stripping diese erste Komponente in einem Behälter bei Atmosphärendruck und 250°C verdampfen. Dazu muss in den Behälter Wasserdampf (die zweite Komponente) in einer Menge zugeführt werden, die 90% des Volumens von Dampf ausmacht, der aus dem Behälter kommt. Dadurch beträgt das Gasvolumen dieser Komponente 10% und der entsprechende Partialdruck 0,1 at.
Um die volle Wirkung des Dampf-Stripping zu erhalten, müssen die erste und die zweite Komponente so verschieden sein, dass man keine molekulare Interaktion zwischen den beiden Komponenten erhält. Beim Trennen von Öl von ölhaltigem Schlamm und durch die Anwendung von Wasser als die zweite Komponente werden diese Bedingungen erfüllt.
Bei der Trennung einer ersten Komponente von einem Schlamm-Material kann prinzipiell auch eine zweite Komponente hinzugefügt werden, so dass die Bedingungen des Dampf-Stripping erfüllt werden, um zu erreichen, dass die erste Komponente bei einer Temperatur, die wesentlich unter dem atmosphärischen Siedepunkt der Komponente liegt, verdampft wird.
Wie eingangs erwähnt, wurde das erfindungsgemäße Verfahren an verschiedenem ölhaltigen Bohrgut getestet, und dieses Material enthält ausreichende Mengen an Wasser, so dass es keine weitere Wasserzugabe erfordert, damit das Prinzip funktioniert.
Eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nutzt das Wasser, das zusammen mit dem Öl bereits in dem Bohrgut vorhanden ist, um für einen Dampfstripping-Effekt zu sorgen.
Bohrabfall hat selten ein Wasser/Öl-Verhältnis, das basierend auf Masse kleiner als 1:2 ist. Typische Grundöle, die in Bohrflüssigkeiten verwendet wird, umfassen Paraffinöle mit einer Kohlenstoffkettenlänge von minimal C₁₁ bis maximal C₂₃ und durchschnittlich C₁₆. Dadurch beträgt das durchschnittliche Molekulargewicht des Öls 216 g/mol im Gegensatz zu 18 g/mol des Wassers. Mit einem Massenverhältnis von 1:2 ist der Volumenanteil von Öldampf, wenn das ge samte Wasser und Öl verdampft sind, gleich (2/216)/(1/18 + 2/216) = 14%. Das heißt, dass bei einem Arbeitsdruck von beispielsweise 1,2 at der durchschnittliche Partialdruck von Öldampf in der Behandlungskammer 0,17 at beträgt. Bei einem solchen Druck wird der Siedepunkt für das Öl um etwa 50°C herabgesetzt, was eine erhebliche Reduzierung der für das Erreichen eines vollständigen Ausdampfens von Öl aus dem Material notwendigen Behandlungstemperatur impliziert. Die meisten Grundöle, die in Bohrflüssigkeiten verwendet werden, werden bei rund 300°C voll verdampft, wobei diese Temperatur in einem Bereich liegt, in dem ungewollte Wärmeabbauprozesse nicht dominieren, und in einem Bereich, in dem es ziemlich einfach ist, Systeme zu entwerfen, die die speziellen Sicherheitsanforderungen für den Betrieb von küstennahen Installationen erfüllen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erreicht, dass die Verdampfung in einem annähernd homogen gemischten Behälter mit starker Bewegung fast augenblicklich stattfindet.
Dies führt zu einer wesentlichen Verbesserung von vorhandenen Technologien zum Trocknen von ölhaltigen Schlamm-Materialien. Wenngleich das in dem Dokument NO 155.832 beschriebene Verfahren die Technologie ist, die dem Verfahren gemäß der Erfindung am nächsten kommt, so unterliegt dieses Verfahren hinsichtlich der fein zerstoßenen Partikel dennoch den bereits genannten Einschränkungen, weshalb es keine breite Anwendung gefunden hat. Zieht man die mit vorliegender Erfindung erzielten Vorteile in Erwägung, so muss die Erfindung mit indirekten Trocknern verglichen werden, die derzeit für die Trennung von solch ölhaltigem Schlamm-Material verwendet werden.
Im Gegensatz zu Verfahren mit langsamer Rotation und indirekter Erwärmung ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren aufgrund der erzeugten Reibungswärme und weil das Material nicht fein zerstoßen wird die Anwendung des Dampf-Strippings, indem das Wasser verwendet wird, das in dem Material vorhanden ist.
Betrachtet man das indirekte Verfahren mit langsamer Rotation, so dominieren verschiedene definierte Phasen an verschiedenen Orten entlang der Längsachse des Ablaufs.

1. Vorerwärmungsphase: Der erste Teil des Verfahrens, in dem die gesamte zugeführte Wärme genutzt wird, um die Temperatur des Materials zu erhöhen.
2. Wasserverdampfungsphase: Wenn sich das Material auf den Siedepunkt von Wasser erwärmt hat, wird der größte Teil der zugeführten Energie benutzt, um freies Wasser zu verdampfen.
3. Neue Vorerwärmungsphase: Wenn das freie Wasser verschwunden ist, wird die zugeführte Energie benutzt, um die Temperatur auf den Siedepunkt der leichtesten Ölkomponenten und des gebundenen Wassers zu erhöhen.
4. Ölverdampfungsphase: Während zunehmend schwerere Ölfraktionen verdampft werden, steigt die Temperatur fortschreitend an. Die Maximaltemperatur am Ende des Verfahrens ist entscheidend dafür, wie viel Öl in dem Material zurückbleibt. Damit in Phase 2 freigesetzter Dampf für das Dampf-Stripping von Öl in Phase 4 verfügbar ist, muss der Dampf wirksam mit dem Material in der Phase 4 in Kontakt gebracht werden. Bei bekannten Lösungen des Standes der Technik ist es schwierig, einen solchen Kontakt zu fördern. Zu einem großen Teil bewegt sich der Dampf auf seinem Weg zum Abluft-Auslass über das Material, ohne eine wirksame Vermischung zwischen dem Material und dem Dampf.

Durch die vorliegende Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die für die wirksame Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist. Diese Vorrichtung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine Prinzipzeichnung einer erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung.
2 zeigt eine Querschnitts- und Segmentdarstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist gemäß Anspruch 1.
Weitere alternative Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 angegeben. Die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst die Trennung von Wasser und Öl von Bohrgut, d.h. die erste Komponente ist Öl und die zweite Komponente ist Wasser.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Reibungstrockner gemäß Anspruch 8.
Weitere Ausführungsformen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 9 bis 19 angegeben.
Die Erfindung betrifft somit eine Trocknungsvorrichtung (10). In der Praxis ist die Vorrichtung (10) als eine zylindrische Behandlungskammer (12) (Stator) mit einem innen montierten Rotor (14) ausgebildet. Der Rotor (14) ist mit einer Anzahl von Rotorarmen (16) versehen, die ein kurzes Stück im Inneren des statischen zylindrischen Gehäuses (12) enden.
Bei den meisten üblichen Arten von Materialien, die man zu trocknen wünscht, und mit Rotorarmen (16), die aus herkömmlichen Stahllegierungen hergestellt sind, lassen sich die charakteristischen Konstruktionsmerkmale der Trocknungsvorrichtung wie folgt angeben:

1. Durchmesser der zylindrischen Behandlungskammer: 0,5–5 m, typisch etwa 1 m.
2. Tangentialgeschwindigkeit der Spitze der Rotorarme: 10–100 m/s, typisch etwa 35 m/s.
3. Radialer Zwischenraum zwischen der Wand der Behandlungskammer und dem Rotor: 0–0,1 m, typisch etwa 0,03 m.
4. Anzahl von Rotorarmen (16) in Relation zur Fläche der zylindrischen Innenwand der Behandlungskammer (12): 10–100 pro m², typisch etwa 30 pro m².
5. Gesamte vordere Projektionsfläche (16a) des Teils der Rotorarme, der bei Betrachtung in Bewegungsrichtung in das Materialbett eintritt, in Relation zu dem Gesamtvolumen des Bettmaterials: 0,1–1 m²/m³, typisch etwa 0,5 m²/m³.

Die Länge der Behandlungskammer (12) und die Dimensionen der Rotorarme (16) in tangentialer Richtung sind für die Behandlung von geringerer Bedeutung. Die Richtlinien dafür ergeben sich durch die mechanischen Belastungen, denen die Konstruktion standhalten muss, und durch die Anforderungen hinsichtlich einer wirksamen Entfernung des Dampfes, der in dem Materialbett erzeugt wird. Durch ein Erhöhen der Tangentialgeschwindigkeit erhält man beachtliche Möglichkeiten zum Variieren der verschiedenen oben angegebenen Parameter.
Das Wesentliche der Trocknungsvorrichtung (10) ist deren Ausbildung derart, dass die drei grundlegenden physikalischen Abläufe des Mischens, der Wärmeerzeugung und der Verdampfung in der richtigen Relation zueinander stehen. Um eine ausreichende Wärmeerzeugung durch Kräfte von inneren Kollisionen, Kontakten und Reibung zu erreichen, sind hohe Tangentialgeschwindigkeiten der Rotorarme (16) erforderlich, wie das in Punkt 2 oben angegeben ist. Die Anzahl an Rotorarmen (16) darf nicht zu hoch sein, und die Arme (16) dürfen nicht zu dicht angeordnet sein, weil dies dazu führen kann, dass sich das Material in dem Bett größtenteils zusammen mit dem Rotor dreht, mehr oder weniger wie ein fester Körper. Die Reibungskräfte entstehen in diesem Fall hauptsächlich zwischen dem Materialbett und der Wand des zylindrischen Behälters (12). Die Folge ist die Erzeugung von Wärme, die zu schwach ist, um eine wirksame Verdampfung zu erreichen. Ferner ist der Mischvorgang unwirksam, und es ist unmöglich ein stabiles und trockenes Materialbett beizubehalten. Das andere Extrem, wenn nämlich der Abstand zwischen den Rotorarmen (16) zu groß ist, ist ebenfalls nicht gut. In diesem Fall nimmt nicht genügend Bettmaterial an dem oben beschriebenen Energieübertragungsmechanismus teil, was dazu führt, dass sowohl das Mischen ineffektiv als auch die Verdampfung zu gering ist. In der Folge entstehen lokale Zonen mit einem zu hohen Feuchtigkeitsgehalt.
Gute Ergebnisse werden mit der Kombination von Parametern wie in den Punkten 3 bis 5 angegeben erzielt, und eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung (10) mit den folgenden Merkmalen:

1. Der Durchmesser der zylindrischen Behandlungskammer ist etwa 1 m.
2. Die Tangentialgeschwindigkeit des Endes der Rotorarme liegt in dem Bereich von 30–40 m/s, vorzugsweise etwa 35 m/s.
3. Der radiale Zwischenraum zwischen der Wand (12a) der Behandlungskammer (12) und dem Frontbereich (16a) des Rotorarms (16) beträgt etwa 0,03 m.
4. Die Anzahl von Rotorarmen (16) in Relation zur Innenwandfläche der zylindrischen Behandlungskammer beträgt 30 pro m².
5. Die gesamte Projektionsfläche (16a) des Teils der Rotorarme, der in Bewegungsrichtung gesehen in das Materialbett eintritt, in Relation zu dem Gesamtvolumen des Materialbetts beträgt etwa 0,5 m²/m³.

Ein ausreichend rasche Vermengung ist wichtig. Mit der typischen Kombination von Tangentialgeschwindigkeit, Zwischenraum und Durchmesser wie vorstehend unter Punkt 1 bis 3 angegeben können sich die einzelnen Partikel in dem Materialbett etwa 12 mal pro Sekunde um den gesamten Umfang des Materialbetts herumbewegen. Dies ergibt eine Mischung in der tangentialen Richtung, die äußerst schnell und effektiv ist. In einer solchen Vorrichtung wird man abgesehen von dem Bereich unmittelbar stromabwärts der Zuführungspunkte keine Gradienten in dem Ölgehalt in einer tangentialen Richtung finden. In der axialen Richtung dagegen ist die Mischzeit etwas länger, da der Mischmechanismus indirekter ist als in der tangentialen Richtung. Das kann heißen, dass man in der axialen Richtung Gradienten in dem Ölgehalt finden kann, wobei die maximalen Werte in den axialen Position dort anzutreffen sind, wo die Aufgabe erfolgt. Für eine erfolgreiche Behandlung ist es wichtig, dass die Aufgabe reguliert/geregelt wird, so dass der durchschnittliche Ölgehalt rund um den gesamten Umfang an den Aufgabepunkten derart eingestellt wird, dass die Anforderungen an den restlichen Ölgehalt in dem trockenen Material erfüllt werden. Eine bessere bzw. gleichmäßigere Verteilung von Aufgabepunkten in einer axialen Richtung macht das Verfahren weniger abhängig von einer wirksamen axialen Vermengung, so dass sich eine Ausführungsform der Erfindung deshalb auf eine Vorrichtung (10) bezieht, bei der mehrere Zuführungspunkte entlang der axialen Richtung der Vorrichtung (10) angeordnet sind.
Um für die notwendige Wärmeerzeugung zu sorgen, muss gleichzeitig der Notwendigkeit eines wirksamen Mischens Rechnung getragen werden. Die Rotorarme (16) stellen hauptsächlich sicher, dass die Partikel in dem Bettmaterial in einer tangentialen Richtung geschleudert werden, doch werden weniger systematische Bewegungen auch in einer axialen Richtung erzeugt, wodurch ein axiales Mischen in dem Materialbett sichergestellt wird. Dies trägt dazu bei, das Materialbett entlang der Innenwand des zylindrischen Behälters (12) mit Kräften zu sammeln, die die Tendenz der Schwerkraft, das Material im Boden des Behälters (12) zu sammeln, weit übersteigen. Die Schleppkräfte von dem Dampf, der in dem Materialbett erzeugt wird, sind auch nicht stark genug, um nennenswerte Mengen an Material in Richtung auf die Mitte des Behälters zu transportieren. Deshalb wird die Abluft aus der Behandlungs-/Trocknungskammer selbst über einen Auslass (20), der so zentral wie möglich angeordnet ist, abgeleitet. Dies trägt dazu bei, dass die Mitnahme von Partikeln in der Abluft auf ein annehmbares Maß reduziert wird.
Vergleicht man die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der dieser technisch am nächsten kommenden Lösung, d.h. mit der Vorrichtung, die in dem Dokument NO 155.832 beschrieben ist, so sind die wesentlichen Unterschiede, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung erstens nicht mit sich abnutzenden Längsrippen versehen ist und dass zweitens keine Prallarme an den Rotorplatten montiert sind.
Ferner hat die in dem Dokument NO 155.832 angegebene Vorrichtung eine Einlassöffnung für Material in der einen Endwand und einen Auslass für trockenes Material in der anderen. Dies führt dazu, dass der Kontakt zwischen Dampf, der in dem ersten Abschnitt des Verfahrens gebildet wird, und Partikeln in Phase 4 in dem letzten Abschnitt des Verfahrens wesentlich geringer ist als in einem homogen gemischten Behälter, weil dort eine gleichmäßige Strömung von Öldampf aus dem Material in Phase 4 in Richtung auf das Gasvolumen in dem Materialbett vorhanden ist, was verhindert, dass Dampf mit den Partikeln in Kontakt gelangt und mit den Partikeln vermischt wird.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die einzelnen Partikel, die in die Vorrichtung aufgegeben werden, aufgrund der Positionierung der Aufgabeöffnung(en) und aufgrund der Konstruktion der Vorrichtung sehr schnell über das gesamte Materialbett in der Behandlungskammer verteilt. Jedes einzelne Teilchen durchläuft die oben genannten vier Phasen, doch die intensive Mischung gewährleistet, dass in allen vier Phasen über das gesamte Materialbett hinweg zu jeder Zeit Partikel vorhanden sind. Zieht man eine gegebene Anzahl von Partikeln in Betracht, hat das die Partikel in dem Bett umschließende Gas durchgehend das gleiche Mischverhältnis zwischen Wasserdampf und Öldampf, und dies muss durch die Menge von Wasser und Öl in dem Material gegeben werden. Rund um jedes Partikel in einem Fluidbett besteht eine laminare Grenzschicht einer gegebenen Dicke. Moleküle, die von der Oberfläche der Partikel abgedampft werden, müssen durch diese Grenzschicht diffundieren, um zu der turbulenten homogen gemischten Gasphase außerhalb zu gelangen, und die Dicke der Grenzschicht ist entscheidend für die Konzentrationskurve, die die Diffusionsrate und dadurch die Verdampfungsrate einstellt. Solange der Partialdruck des Öls in der Gasphase der homogenen Masse unterhalb des Dampfdrucks bei der vorherrschenden Temperatur liegt, diffundieren die Ölmoleküle durch die laminare Grenzschicht und in die Gasphase hinein. Je dünner die Grenzschicht ist, desto wirksamer ist das Dampf-Stripping von Öl von einem Partikel, das sich in Phase 4 befindet. Die hohe Rotationsgeschwindigkeit, die notwendig ist, um das Material in der Behandlungskammer homogen gemischt zu halten, führt gleichzeitig zu einer sehr effektiven Reduzierung der Dicke der laminaren Grenzschicht.

Claims

Verfahren zum Trennen von Öl, Wasser und anderen Komponenten, die aus einem ölhaltigen Material wie Bohrgut, Bleicherde, Schlamm von Öltanks, Ölschiefer und dergleichen durch Verdampfung in einer neutralen Atmosphäre verdampft werden können, in einem sich schnell drehenden Reibungstrockner mit festen Rotorarmen (16), die nicht schwingen können, und einer glatten Innenfläche verdampft werden können, wobei die Verdampfung einer ersten Komponente bei einer niedrigeren Temperatur als der atmosphärische Siedepunkt der ersten Komponente durch die Nutzung der durch das Verdampfen einer zweiten Komponente gebildeten Gasphase erfolgt, wobei die zweite Komponente einen Siedepunkt besitzt, der unterhalb des Siedepunkts der ersten Komponente liegt, und wobei die gleichzeitige Anwesenheit der Gasphase der zweiten Komponente den Partialdruck der ersten Komponente in der das Material umschließenden Gasphase wesentlich reduziert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation in dem Reibungstrockner ausreichend ist, um die Dicke der laminaren Grenzschicht, die die Partikel umschließt, zu reduzieren, so dass der Konzentrationsgradient für Dampf der ersten Komponente von der Oberfläche der Partikel und in das Gasgemisch, das keinen hohen Gehalt an Dampf von der ersten Komponente aufweist, so steil wie möglich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente Öl ist oder öl-ähnliche Verbindungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente Wasser ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente dem Material zugegeben wird, von dem Öl zu trennen ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser, das als die zweite Komponente verwendet wird, vor dem Beginn des Trennverfahrens in dem Material anwesend ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibungstrockner eine Rotationsgeschwindigkeit im Bereich von 10–100 m/s aufweist.
Schnell rotierender Reibungstrockner (10) zum Trocknen von fluidhaltigem Material, umfassend eine Behandlungskammer (12) mit zumindest einer Einlassöffnung (18), und einen in der Behandlungskammer (12) montierten Rotor (14), wobei ein Ringraum zur Aufnahme von zu trocknendem Material zwischen der Innenfläche (12a) der Behandlungskammer (12) und den Außenflächen des Rotors (14) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) eine Anzahl von festen Rotorarmen (16), die nicht schwingen können, aufweist, die ein Stück innerhalb der Innenfläche (12a) der Behandlungskammer (12) enden, und dass die Innenfläche des Stators glatt ist und dass der Rotor (14) drehbar ist, so dass eine Tangentialgeschwindigkeit der Spitze der Rotorarme (16) in einem Bereich von 10–100 m/s hergestellt wird.
Schnell rotierender Reibungstrockner (10) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, das die Tangentialgeschwindigkeit der Spitze der Rotorarme (16) in dem Bereich von 30–40 m/s liegt, vorzugsweise bei 35 m/s.
Schnell rotierender Reibungstrockner (10) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorarme (16) voneinander derart beabstandet sind, dass das Mischen des zugeführten Materials und des Materials in dem Bett ausreichend schnell erfolgt, so dass keine systematischen Gradienten des Ölgehalts in der tangentialen Richtung der Vorrichtung (10) aufgezeigt werden können.
Schnell rotierender Reibungstrockner (10) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Zwischenraum zwischen der Innenfläche (12a) der Behandlungskammer (12) und der Endkante (16a) des Rotors (16) in der Größenordnung von bis zu 0,1 m, vorzugsweise etwa 0,03 m liegt.
Schnell rotierender Reibungstrockner gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Rotorarmen (16) in Relation zu dem Bereich der zylindrischen Innenfläche (12a) der Behandlungskammer (12) in der Größenordnung von 10–100 pro m² liegt.
Schnell rotierender Reibungstrockner (10) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Rotorarmen (16) in Relation zu dem Bereich der zylindrischen Innenfläche (12a) der Behandlungskammer (12) etwa 30 pro m² beträgt.
Schnell rotierender Reibungstrockner (10) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtbereich der wirksamen Vorderfläche (16a) des Rotors in der Größenordnung von 0,1–1 m²/m³ liegt.
Schnell rotierender Reibungstrockner (10) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtbereich der wirksamen Vorderfläche (16a) des Rotors etwa 0,5 m²/m³ beträgt.
Schnell rotierender Reibungstrockner (10) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Anzahl von Einlässen (18) aufweist, die entlang seiner Axialrichtung verteilt sind.
Schnell rotierender Reibungstrockner (10) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitsgehalt und Kollisions-, Kontakt- und Reibungskräfte durch einen Sensor (oder Sensoren) in der Behandlungskammer (12) angegeben werden und dass das Signal von hier zu einer Steuereinheit gesandt wird, die jeweils die Raten der Zufuhr und des Ausflusses, m_i und m_o, einstellt, so dass ein Verfahren in Übereinstimmung mit einem der Ansprüche 1 bis 7 erhalten wird.
Schnell rotierender Reibungstrockner (10) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator und/oder Rotor mit Heizflächen versehen sind.
Schnell rotierender Reibungstrockner (10) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Behandlungskammer, in der die Wärmeübertragung und die Verdampfung stattfinden, auf 1,0 m³ pro Tonne an behandeltem Bohrgut pro Zyklus beschränkt werden kann.