DE69017639T2

DE69017639T2 - Reinigung von Druckluft-Kondensat.

Info

Publication number: DE69017639T2
Application number: DE69017639T
Authority: DE
Inventors: John R Caris; Robert M Schwarz
Original assignee: Deltech Engineering Inc
Current assignee: Deltech Engineering Inc
Priority date: 1990-01-11
Filing date: 1990-05-09
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: EP0436773A2; EP0436773A3; US5039425A; EP0436773B1; CA2023782A1; CA2023782C; DE69017639D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Reinigung von Druckluftkondensat, welches Wasser, Öl, Staub und Niederschlag enthält. Typischerweise schließt ein solches Kondensat einen hohen Prozentsatz Wasser, mit darin enthaltenem emulgiertem und suspendiertem Öl, einen geringen Prozentsatz an getrenntem Öl und variierende Mengen an Staub, Niederschlag und dergleichen, ein.
Die Suspension und Emulgierung von Öl und Wasser, die in Druckluftsystemen gefunden wird, ist schlimmer als in anderen typischen Fällen von ölkontaminiertem Wasser, wie Ölverschmutzung des Meeres, industriellen Verfahren und üblichen Öl-Wasser-Mischungen. Die Gründe dafür liegen hauptsächlich in dem Druckluftsystem selbst. In allen Luftkompressoren ist Öl direkt oder indirekt mit Druckluft gemischt und das Öl ist deshalb der intensiven Wirkung des Kompressionsverfahren unterworfen. Die große Menge an Hitze, die durch Kompression erzeugt wird und die inhärente Scherung führen dazu, daß das Öl verdampft oder in extrem kleine Partikel zerfällt. Öl verläßt deshalb den Kompressor als ein Dampf, als ein leichter Nebel oder als Tropfen und wird zusammen mit dem Wasserdampf und Flüssigkeit, die ebenfalls durch Kompression in dem Luftstrom erzeugt wird, weitergetragen.
Auf Grund von Kondensation und Turbulenz werden das Öl und das Wasser vollständig durch das System gemischt, wobei fein emulgierte und suspendierte Öl-Wasser-Kondensate erzeugt werden. Diese Öl und Wasserkondensat wird weiterhin gemischt, wenn es aus dem Luftsystem durch Ablaßventile entfernt wird, die sowohl das Kondensat als auch die Druckluft aus dem System auf Atmosphärendruck herunterläßt. Vorhergehende Probleme wurden oft mit der Verwendung von Kompressorschmiermitteln, die leicht emulgieren oder Detergenszusätze enthalten, verbunden.
Gegenwärtig sondert ein großer Prozentsatz von Verbrauchern von Druckluft die Druckluftkondensate direkt in Abwasserkanäle und Regenwasserabläufe aus, selbst wenn es Gesetze oder Vorschriften gibt, die diese Praxis verbieten. Viele staatliche Umweltgesundtheitsorganisationen werden in steigendem Maße in der Beobachtung und Durchführung aller Vorschriften aktiv, die die Ölkonzentrationen im Abwasser bestimmen. Deshalb sind viele Benutzer von Druckluft gezwungen, ihre Kondensate an Ort und Stelle aufzubereiten oder sie zu sammeln und Behandlungsmöglichkeiten an anderen Orten zu verwenden, die sehr teuer sein können.
Das US-Patent Nr. 4684467 betrifft im allgemeinen eine Öl- Wasser-Trennung, mit der Öl-Wasser-Mischungsabwasser aus Luftkompressoren behandelt werden können, und die auf der Schwerkraft beruht, um die Trennung von Öl und Wasser in einem Behälter zu bewirken. Das Wasser setzt sich am Boden des Behälters ab und wird an diesem Punkt über einen Auslaß entfernt. Das Öl schwimmt zur Oberseite des Behälters und wird über einen separaten Ölauslaß abgeführt.
Bekannte Öl-Wasser-Trennungseinrichtungen und -verfahren sind voluminös. Viele Ölverschmutzungen des Meeres betreffen Offshore-Aufreinigungen, Schiff- und Ölfeldanwendungen, bei denen die spezifische Schwerkraft zwischen Öl und Wasser 0,09 oder größer ist. Wenige sind zur Reinigung von Druckluftsystemkondensaten gedacht, bei denen die spezifische Schwerkraftdifferenz kleiner als 0,01 sein kann.
Gegenwärtig wird der Systemauslaß verschiedenen Verfahren unterworfen, wie Schwerkraftaufbereitung, Flockungschemikalien, Ultrafiltration, Parallellplattencoalescer, Kohlenstoffabsorption, Absorptionsmedien, Oberflächenskimmer usw.. Jedoch reinigen diese Trennungsverfahren Kondensat nicht effektiv und sie haben nicht die Eigenschaft, all diese verschiedenen Konstituenten des Kondensats zu behandeln. Schwerkraftaufbereiter, Parallellplattencoalescierer, Absorptionsmedien und Oberflächenskimmer können in Wasser emulgiertes und suspensiertes Öl nicht entfernen (was ein großer Prozentsatz des Öls in dem Kondensat sein kann). Flockungschemikalien, Ultrafiltration und Kohlenstoffabsorption können nicht Rohöl und schwere Partikel in dem Verfahrenswasser behandeln.
Andere Faktoren machen die Aufreiniger ebenfalls unpraktisch, wie Größenanforderungen, Flußkapazitäten, Verfahrenskosten und große Mengen an menschlicher Intervention. Es gibt ebenfalls bestimmte Anforderungen an Druckluftsystemkondensatreiniger, wie die Fähigkeit, die großen Mengen an Druckluft, die zusammen mit dem Kondensat abgeführt werden und Materialkompatibilität mit synthetischen Kompressorschmiermitteln, zu handhaben.

Zusammenfassung der Erfindung

Demgemäß gibt es einen definierten Bedarf für Reinigungsverfahren von Druckluftkondensaten, die die Hochdruckluft zusammen mit dem Kondensat behandeln können, aus Partikeln bestehende Schmutzstoffe als auch feine Ölsuspensionen und -emulsionen zu entfernen, zu sammeln und Öl zu halten, während es Wasser ermöglicht wird, sich über den Abfluß zu entfernen, und variierende Mengen Kondensat unter Kosten aufzubereiten, die es günstiger machen als die Aufbereitung an anderer Stelle.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Trennen von emulgiertem, suspendiertem und abgeschiedenem Öl als auch anderen Verunreinigungen, wie Staub, Niederschlag, Rost und dergleichen, aus dem Wasser eines Druckluftsystemkondensates bereitgestellt. Dieses Verfahren umfaßt hauptsächlich die Schritte des Abführens von Luft und Kondensat aus einem Druckluftsystem in einen wassergefüllten Trennbehälter, wo die Luft von dem Kondensat getrennt wird. Den Verunreinigungen, die schwerer als Wasser sind, wird es ermöglicht, sich auf dem Boden des Trennbehälters abzusetzen, während die leichteren Ölverunreinigungen zur Oberfläche des Behälters flotieren,, wo sie entfernt werden. Das Wasser und die restlichen Verunreinigungen, die nicht zu der Oberfläche flotiert sind oder sich nicht am Boden abgesetzt haben, werden abgelassen, bis sich eine gegebene Menge in einem Druckbehälter angesammelt hat. Druckzufuhr zu dem angesammelten Wasser und den darin befindlichen Verunreinigungen in den Druckbehälter durch Einführen von Druckgas in den Behälter, drückt diese flüssige Masse in und durch ein Coalescenzmedium. Die verbliebenen Ölbestandteile coalescieren, um eine schwimmende Ölphase zu erzeugen, während andere Verunreinigungen durch das Coalescenzmedium zurückgehalten werden. Die schwimmende Ölphase kann dann entfernt werden, wobei relativ reines Wasser erzeugt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Neue Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden, zusätzlich zu den oben erwähnten, für den Fachmann, beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, ersichtlich, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile beziehen und bei denen:
Figur 1A eine schematische Darstellung eines Systems zur Reinigung von Druckluftkondensat ist, die die Anf angsstufen des Systems gemäß der Erfindung veranschaulicht;
Figur 1B eine schematische Darstellung der restlichen Stufen, des in Figur 1A gezeigten Systems, ist;
Figur 2 eine Darstellung eines seitlichen Aufrisses einer der beiden Coalescer, des in den Figuren 1A und 1B gezeigten Systems, ist; und
Figur 3 eine Schnittansicht der Figur 2 entlang der Linie 3-3 ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Bezugnehmend auf die Einzelheiten der Zeichnungen zeigen die Figuren 1A und 1B ein Reinigungssystem 10, bei dem Druckluftkondensat, das Öl, Wasser, Luft, Staub und Niederschlag enthält, behandelt wird. Das System schließt eine Dekompressionskammer 12 ein, die mit einem Sedimentationsseparator 14 durch eine vertikale Leitung 16 verbunden ist. Das zu behandelnde Kondensat fließt durch einen Zufuhreinlaß 18, der in der in der Mitte der vertikalen Leitung positioniert ist, wobei dem eintretenden Kondensat eine Zentrifugalkraft verliehen wird. Die Spinwirkung der Zentrifugalkraft dient zwei Funktionen. Erstens hilft die Zentrifugalwirkung das gesamte Öl von dem Wasser zu trennen und zweitens ermöglicht sie, das schwerere Öl und Wasser in der Abwärtsrichtung zu schleudern, während die Luft in die Aufwärtsrichtung geschleudert wird. Dies minimiert das Mitreißen von Flüssigkeit in die und aus der Dekompressionskammer 12 und entfernt Luft durch Umblasen in den Sedimentationsseparator 14, wo es anderweitig die Flüssigkeit in einer ruhenden Zone 20 in dem Separator stören könnte. Dies ist insbesondere wichtige, wenn große Mengen an Luft, das eintretende Kondensat begleiten.
Wenn Luft vom oberen Teil der Dekompressionskammer 12 austritt, wird ihr Weg durch eine Ablenkplatte 22 und/oder ein Demisterpolster 24, welches rostfreier Stahl, Aluminium oder Thermoplastikdrahtnetz sein kann, abgelenkt. Die stellt sicher, daß kein Kondensat zusammen mit der Luft, die aus der Dekompressionskammer abgeführt wird, durchgelassen wird.
Öl, Wasser, Staub und Niederschlag bewegen sich durch die Leitung 16 in den Sedimentationsseparator 14 hinunter. Alle Partikel in dem Kondensat, die schwerer als Wasser sind, wie Staub, Rost und Niederschlag setzen sich am Boden dieses Separators ab. Dieses Absetzen wird durch Bemessung der Durchgänge der Arbeitsflüsssigkeit, die groß genug sind, sichergestellt, so daß keine Partikel zusammen mit der sich bewegenden Flüssigkeit mitgerissen oder weggerissen werden. Die ruhende Zone 20 ist eine Fläche am Boden des Sedimentationsseparators, wo Staub und Niederschlag abgelagert werden können, ohne daß sie durch den Fluß beeinträchtigt werden. Vorzugsweise ist der Sedimentationsseparator so gestaltet, daß er, wenn es nötig ist, einfach entfernt und gereinigt werden kann.
Öl, Wasser und kleine suspendierte Teilchen bewegen sich dann durch eine Serie von Ablenkungen 26 in dem Sedimentationsseparator 14 nach oben, die das Coalescieren von großen Ölpartikeln in den Absetzbehälter 28 fördern. Rohöl und Öl/Wasser-Mischungen, die weniger dicht als Wasser sind, werden zu der Oberfläche gezogen, wo das Öl entfernt wird. Da es sehr viele Verfahren zur Entfernung von Öl von der Oberfläche von Wasser gibt, ist ein besonders nützliches Verfahren ein Rad 30, das aus Polypropylen hergestellt ist, welches durch einen Motor 32 angetrieben wird. Dieses Rad rotiert durch die Oberfläche der Flüssigkeit und nimmt Öl auf, das dann von der Radoberfläche mit flexiblen Schabern 34 abgeschabt wird. Das entfernte Öl fließt dann in einen Ölabfallbehälter 36.
Wie in Figur 1A gezeigt ist, bewegt sich der Fluß in abwärtsgerichteter Richtung durch den Absetzbehälter 28. Der Behälter ist so bemessen, daß die Verweilzeit der Arbeitsflüssigkeit in dem Behälter lang genug ist, wobei das nicht emulgierte und suspendierte Öl infolge der Prinzipien des Stokeschen Gesetzes zu der Oberfläche aufsteigen können. Die Arbeitsflüsssigkeit, die nun nur Wasser, feinst emulgiertes und suspendiertes Öl und Staub enthält, geht zum Boden des Absetzbehälters 28 durch eine Ablenkung 38 und über ein Überlauf 40 in eine Haltezone 42. Der Überlauf 40 setzt das Niveau in dem Behälter fest. Die Haltezone hält die Arbeitsflüssigkeit zurück, während ein Druckausstoßsystem 44 arbeitet, wie weiter unten ausführlich beschrieben wird. Darüberhinaus ist die Haltezone ausgestaltet, um die Menge an Arbeitsflüssigkeit zu halten, die durch den Absetzbehälter 28 während des längsten vollständigen Zyklus des Druckausstoßsystems geführt wird.
Ein Überlaufauslaß 46 wird in der Haltezone 42 für den Fall bereitgestellt, daß ein Problem mit dem abwärtsfließenden Teil des Reinigers auftritt. Die Überlauflüssigkeit kann dann zu einem Haltetank (nicht gezeigt) zur Lagerung geleitet werden, bis das Problem behoben ist. Der Überlauf wird dann durch den Separator zurück in den Batchlader geführt. Ein Schwimmschalter 48 ist ebenfalls in die Haltezone 42 eingebracht, um einen Alarm zu aktivieren, wenn das Niveau in der Haltezone ein kritisches Niveau erreicht. Aus der Haltezone 42 wird die Arbeitsflüssigkeit durch Schwerkraft zu dem Druckausstoßbehältersystem 44 geführt.
Die Hauptfunktion des Druckausstoßsystems 44 ist die Zufuhr von mechanischer Energie, die benötigt wird, die Arbeitsflüssigkeit durch eines oder mehrere Coalescenzelemente 50 zu pressen. Dieser Druckausstoßprozeß unterscheidet sich von vorherigen Verfahren, wo Schwerkraft oder Pumpen verwendet werden, um Arbeitsflüsssigkeit einem Coalescer zuzuführen. Schwerkraftcoalescenzelemente können die nötige Kraft oder Druck, die von dem Coalescenzelement benötigt werden, das die Eigenschaft hat, effizient emulgiertes und feinst suspendiertes Öl zu behandeln, nicht zugeführt werden. Während Pumpen die Eigenschaft haben, den benötigten Druck zuzuführen, ist die Scherwirkung der Flüssigkeit mit dem Pumpverfahren inhärent, die Ölpartikel emulgieren weiter zu kleineren Durchmessern, die die Effizienz des Coalescerelements reduzieren. Ein Pumpsystem erzeugt ebenfalls ein Problem der Kontrolle des Drucks gegenüber dem Element. Hohe Drucke bewirken starken Streß auf das Element, was zur Zerstörung des Elements führen kann. Reduzierung des Pumpendrucks kann vernünftigerweise nur mit einem internen Relief oder Bypass ausgeführt werden. Dies bedeutet, daß die Flüssigkeit viele Male in eine Schleife gepumpt werden sollte, bevor sie tatsächlich in den Coalescer geführt wird. Daraus setzt sich das oben diskutierte Scherwirkungsproblem zusammen.
Das Druckausstoßsystem 44 der vorliegenden Erfindung funktioniert, um Arbeitsflüssigkeit dem Coalescenzelement 50 zuzuführen, in einer Weise, daß die Flüssigkeit nicht weiter emulgiert wird. Das System ist auch reguliert, um eine geeignete Kraft oder Druck zuzuführen, um die Arbeitsflüssigkeit zu dem Coalescenzelement 50 zu bewegen. Das Druckausstoßsystem arbeitet auf zwei Weisen, eine ist ein Füllverfahren und die andere ist ein Ausstoßverfahren.
Das Füllverfahren ist wie folgt. Ein Druckausstoßbehälter 52 wird mit der Arbeitsflüssigkeit gefüllt, die aus der Haltezone 42 durch eine Leitung 54 mit einem handbetriebenen Abstellventil 56 abgelassen wird und mit einem pneumatisch betriebenen Ventil 58, das bei diesem Verfahren geöffnet ist. Der Wirkung dieses handbetriebenen Ventils 56 ist von Vorteil, wenn das System in Betrieb ist. Die Funktion des pneumatisch betriebenen Ventils 58 ist es, entweder der Arbeitsflüssigkeit zu ermöglichen den Druckausstoßbehälter 52 zu füllen oder den Fluß zu stoppen und die Eingangsleitung abzudichten, wenn eine gegebene Menge an Arbeitsflüssigkeit akkumuliert ist. Das pneumatische Ventil 58 ist für die Anwendung bestens geeignet, weil es nicht den Fluß in der geöffneten Position begrenzt und es die Eigenschaft hat, hohe Drucke zurückzuhalten. Weiterhin hat das Ventil eine relativ geringe Größe und ist ökonomisch.
Wenn der Druckausstoßbehälter 52 gefüllt ist, ist eine magnetisch betriebene Belüftungsöffnung 60, die mit einer Leitung 62 an der Oberseite des Behälters verbunden ist, geöffnet. Eine Leitung 64 erstreckt sich vom Boden des Behälters 52 zu einem der beiden Coalescenzelemente 50, während eine Anschlußleitung 66 mit dem anderen Element verbunden ist. Die Magnetventile 68 und 70 jeweils in den Leitungen 64 und 66 sind geschlossen, wenn der Ausstoßbehälter 52 gefüllt ist, was verhindert, daß irgendeine Flüssigkeit aus dem Behälter 52 während des Füllverfahrens abgeführt wird.
Luft wird über eine Leitung 54 aus einer Luftzufuhrleitung 72 mit einem darin enthaltenen magnetisch kontrollierten Ventil 74 zugeführt. Es gibt auch eine Bypassleitung 75, die mit Leitung 54 verbunden ist und ein magnetisch kontrolliertes Ventil 76 ist in dem Bypass lokalisiert. Die beiden letzteren Ventile sind während des Füllens des Behälters 52 mit Arbeitsflüssigkeit aus der Haltezone 42 geschlossen und es wird während des Füllverfahrens keine Luft eingeführt.
Wenn das Arbeitsflüsssigkeitsniveau in dem Druckausstoßbehälter 52 eine vorherbestimmte Höhe erreicht, signalisisert ein oberer Schwimmschalter 78 in dem Behälter elektrisch einen Kontrollkreislauf (nicht gezeigt), in den Ausstoßmodus zu schalten. An diesem Punkt wird das pneumatisch arbeitende Ventil 58 geschlossen und Belüftungsventil 60 ist ebenfalls geschlossen. Das magnetisch arbeitende Ventil 74 in Leitung 72 ist zusammen mit einem der beiden Magnetventile 68 oder 70 der Coalescerleitung geöffnet. Wenn Ventil 74 geöffnet ist, dringt Luft in das System mit einem Druck ein, der durch die Druckabfall der beiden Regulatoren 80, 82 in der Leitung bestimmt wird. Typische Abfälle können 0,6896-1,03455 x 10&sup5; Pa (10-15 psig) für den ersten Stufenregulatoren 80 und 1,3794- 2,0691 x 10&sup5; Pa (20-30 psig) für den zweiten Stufenregulatoren 82 sein. Dieser Druck ist es, der die Arbeitsflüssigkeit zu einem der beiden Coalescenzelemente 50 drückt.
Zwei Öffnungen 84, 86 werden in der Kontrolluftleitung 72 verwendet. Die erste Öffnung 84 ist abwärts vom Ventil 74 lokalisiert und verhindert einen Einschaltstoß des Druckes, der andererseits die Regulatoren 80, 82 heftig stoßen kann, wenn Ventil 74 geöffnet ist. Ein Stoßen diesen Typs kann leicht Abfälle ändern und die Regulatoren über einen kurzen Zeitraum beschädigen. Die zweite Öffnung 86 arbeitet, um den Luftdruck in den Behälter leicht ansteigen zu lassen (etwa 3 - 10 Sekunden), um so die Coalescenzelemente 50 nicht einem Einschaltstoß zu unterwerfen und nicht zu stoßen. Das Stoßen der Elemente 50 kann leicht bewirken, das sie vorzeitig über die Zeit hinaus durchschlagen.
Erste und zweite Stufentrennung der Kontrolluft ist ein wichtiger Aspekt der bevorzugten Ausführungsform des Druckausstoßsystem 44. Ein Coalescenzelement wird mit Öl beladen, der Druckabfall über dem Element steigt, dies bewirkt den Aufbau eines Gegendrucks. Ein Coalescenzelement bekommt schließlich ein Gleichgewicht mit dem Öl, das in das Element hineinkommt, das gleich dem Öl ist, das aus dem Element abgeführt wird. Als ein Ergebnis bleibt der Gegendruck konstant. Wenn jedoch Partikel in der Arbeitsflüssigkeit sind, da in dem Fall mit Druckluftkondensat, steigt der Gegendruck kontinuierlich an, wie der Filter diese Partikel zurückhält.
Das Stufentrennungsverfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht es dem Ausstoßdruck anzusteigen, wie der Gegendruck auf dem Element 50 ansteigt, deshalb wird eine relativ konstante Triebkraft auf dem Element gehalten. Wenn die Triebkraft zu hoch ist, bewegt sich die Arbeitsflüssigkeit zu schnell durch das Element, um effizient coalesciert zu werden. Wenn die Triebkraft jedoch zur niedrig ist, wird die Arbeitsflüssigkeit überhaupt nicht bewegt.
Stufentrennung wird durch einen Druckschalter 88 in Leitung 68 vollständig, der, wenn ein Anstieg im Gegendruck gemessen wird, das Bypassmagnetventil 76 öffnet. Bevor der Druckschalter 88 herausspringt, wird die einkommende Luft durch einen zweiten Stufenregulator 82 auf zum Beispiel 2,0691 x 10&sup5; Pa (30 psig) reduziert und wird dann erneut durch den ersten Stufenregulator 80 auf zum Beispiel 1,035 x 10&sup5; Pa (15 psig) reduziert. Der Antriebsdruck in der ersten Stufe der Arbeitsweise ist dann 1,035 x 10&sup5; Pa (15 psig).
Der Druckschalter 88 wird basierend auf den Fließeigenschaften des Coalescenzelements 50 eingestellt. Für eine Abschätzung wird dies 0,6897 x 10&sup5; Pa (10 psig) sein und wenn der Gegendruck 0,6897 x 10&sup5; Pa (10 psig) erreicht, wird der Schalter den Bypassmagneten 76 öffnen. Dann wird die einkommende Luft nur durch den zweiten Stufenregulator 82 reduziert und der Druck in dem Behälter 52 wird auf 2,0691 x 10&sup5; Pa (30 psig) ansteigen.
Der Einfachtheithalber ist dieses Stufentrennungsverfahren nur mit zwei Stufen gezeigt, obwohl jede Zahl an Stufen eingebracht werden kann oder einige andere Systeme, die auf variablen pneumatischen Druck basieren, verwendet werden können.
Andere Elemente des Druckausstoßsystems 44 schließen Partikelfilter 90 an dem Einlaß der Luftzufuhrlinie 72 ein, der verhindert, daß die Magneten, die Regulatoren und Öffnungen blockiert oder durch Partikelmaterial kontaminiert werden. Es werden auch Schalldämpfer 92 auf den Druckeinlaßöffnungen zur Geräuschdämpfung und Sicherheit verwendet. Ein Rückschlagventil 94 wird in der Zufuhrleitung 64 zu dem Coalecser 50 verwendet, aufgrund der inhärenten Unmöglichkeit des Magnetventils den Druck in beiden Richtungen aufzuhalten, was andererseits dazu führen kann, daß die Arbeitsflüssigkeit zu langsam in den Druckausstoßbehälter 50, während des Füllverfahrens mit einem Siphon, entleert wird. Ein Rückschlagventil 96 ist in Leitung 72 nach dem ersten Stufenregulator 80 angeordnet, so daß Luft nicht aus dem Regulator zurückströmt, wenn das Bypassmagnetventil 76 geöffnet ist. Ein Gegendruckmesser 98 in Leitung 64 wird als ein Operator verwendet, der geeignet ist, den Gegendruck des Coalescerelements zu überwachen. Schwimmschalter 99 in dem Behälter signalisiert auch ein niedrigeres Niveau, wenn das Ausstoßverfahren beendet ist und das Füllverfahren wiederholt wird.
Wie vorher erklärt, steigt der Gegendruck des Coalescers 50 kontinuierlich an und damit übereinstimmend nimmt die Antriebskraft kontinuierlich zu. Wenn die Antriebskraft kontinuierlich abnimmt, nimmt die Zeitspanne, die benötigt wird, das akkumulierte Volumen an Arbeitsflüssigkeit in dem Druckausstoßbehälter 52 zu behandeln, kontinuierlich ab. Wenn ein Element 50 lange genug arbeitet, wird es einen Punkt erreichen, wo es Flüssigkeit nicht schnell genug bearbeiten kann, um mit dem Einlaßkondensat weiterzumachen, dies bewirkt einen Systemschaden. Deshalb hat ein Coalescenzelement eine definierte Lebensdauer und muß nicht über diese Zeit hinaus verwendet werden. Des Problem ist, daß es so viele Faktoren gibt, die die Lebensdauer lenken, daß es unmöglich ist, diese vorherzusagen.
Die Verknüpfungsreglung des vorliegenden Systems löst dieses Problem durch kontinuierliches Überwachen der Lebensdauer jedes Coalescers bei Betrieb und automatisches Schalten zu den anderen Coalescern in dem System durch Öffnen und Schließen der Ventile 68, 70, wenn das Ende der Lebensdauer erreicht ist. Die Regelung kann auch einem Operator signalisieren, welches der Coalescer 50 einen Ersatz benötigt. Diese Funktion wird durch elektronische Zeitmessung der Zeitdauer, die benötigt wird, um das Volumen der Arbeitsflüsssigkeit aus dem Druckausstoßbehälter 52 während jedes Ausstoßverfahrens zu stoßen, durchgeführt. Die Länge der Ausstoßzeit wird durch gleichsetzen der maximal erlaubbaren Ausstoßzeit mit dem bekannten Arbeitsvolumen des Druckausstoßbehälters dividiert durch die maximale Kapazität (GPM) der Systems bestimmt.
Wenn der elektronische Zeitnehmer nicht das vorherbestimmte Einsetzen der Ausstoßzeit während des Ausstoßverfahrens erreicht, wird die Regelung auf das nächste Ausstoßverfahren zurückgestellt. Wenn der Zeitnehmer das Einsetzen der Ausstoßzeit erreicht, signalisiert es der Regelung, sowohl den Fluß von einem Coalescenzelement zu dem anderen Coalescenzelement zu schalten, als auch einen Indikator auf einer Schalttafel zu erleuchten und dem Operator einen hörbaren Alarm zu signalisieren. Wenn das System auf einen alternativen Coalescer 50 schaltet, beginnt die Zeitnahme, seine Ausstoßzeit ist die gleiche wie bei dem vorherigen Coalescer.
Die Oberfläche des Coalescer sollte so bemessen sein, um die benötigten Male von Zyklen unter maximalen Bedingungen durchzuführen, eine Lebensdauer des Gesamtelements von wenigstens einem Monat bereitzustellen, deshalb wird einem Operator eine ausreichende Menge an Zeit gegeben, um das verbrauchte Element zu ersetzen. Diese Schaltregelung ermöglicht dem Öl-Wasser-Separatorsystem ebenfalls ein kontinuierliches Arbeiten. Dies ist insbesondere wichtig für Druckluftverbraucher, deren Kompressoren über Nacht und an Wochenenden laufen, ohne daß Bedienungsmänner das System überwachen. Das gezeigte System weist nur auf ein Coalescenzelement, das zu einer Zeit verwendet wird, in größeren Anwendungen kann jede Anzahl von Elementen zusammen vervielfältigt werden, um die benötigte Oberfläche zu geben.
Die Funktion des Coalescenzelements 50 ist es, die kleinen suspensierten und emulgierten Ölpartikel zu größeren Partikeln zusammen zu bringen, die leicht im Wasser schwimmen. Suspensierte Staubpartikel werden auch aus der Arbeitsflüssigkeit durch Einfangen in dem Element und coalesciertem Öl entfernt. Die nominale Größenrate des Coalescenzelements 50 ist ein wichtiger Faktor, auf dem effizient Öl coalesciert. Elemente mit größere Poren erzeugen niedrigeren Druckabfall und deshalb benötigen sie weniger Antriebskraft, obwohl die für die Entfernung kleiner suspensierter und emulgierter Ölpartikel nicht geeignet sind. Elemente mit kleineren Poren werden schneller beladen und erzeugen größeren Druckabfall, sind aber essentiell, um die kleinen Ölpartikel, die manchmal zusammentreffen, zusammenzuballen. Verschiedene Druckluftsysteme und verschiedene Typen von Ölen, die in ihnen verwendet werden, erzeugen Ölemulsionen und -suspensionen in variierenden Mengen und Durchmessern. Deshalb ist es wichtig, daß die Coalescenzelemente die geeignete Porengröße für die spezielle Anwendung haben. Das vorliegende Öl-Wasser-Separatorsystem kann leicht Coalescenzelemente mit Porengrößen, die von 1 bis 50 um (Mikrons) reichen, aufnehmen.
Einzelheiten jeder Coalescenzelementzusammensetzung 50 sind am besten in den Figuren 2 und 3 der Zeichnungen gezeigt. Element 50 wird von oberen und unteren Platten 100 und 102, einer Verbindungsvorrichtung 104 und O-Ringen 106 gehalten und abgedichtet. Die Platten und die Verbindungsvorrichtung werden vorzugsweise aus nicht rostendem Material hergestellt, die ausgestaltet sind, maximalem Ausstoßdruck wenigstens dreifach zu widerstehen. Die O-Ringe 106 sind aus elastomerem Material hergestellt, daß gut Petroleum und synthetischen Schmiermittel abhält. Die Elemente ihrerseits bestehen aus einem oberen Stöpsel 108 und einem unteren Stöpsel 110, einem Stützkern 112, einem Medium im inneren des Elements 114, einer äußeren Schaummuffe 116 und einer Einkapselungsverbindung 118.
Das Medium des Elements 114 kann ein wasserabweisender Glasfaserstoff, der durch ein Bindemittel zusammengehalten wird, sein und zu einer Röhre geformt ist. Röhrendurchmesser und -wanddicke können für verschiedene Luftsystemanwendungen variieren, obwohl typische Abmessungen 0,0635 m (2 1/2") O.D. mit einer 0,01905 m (3/4") Wanddicke sind. Die Länge wird durch die Flußrate bestimmt, und wenn die Flußrate sehr groß ist, kann eine Vielzahl von Elementen verwendet werden. Variierende Porengröße der Elemente wird durch veränderte Glasfaserstoffe, Faserdurchmesser, Dichte und Anteil an Bindemittelgehalt erreicht.
Die Elementenröhre ist innerhalb des Stützkerns 112 geeignet abgedichtet, was die Druckerhaltungkraft des Elementmediums bereitstellt. Der Kern kann aus physikalisch kräftigem nicht rostenden Material gemacht sein, und besitzt einen ausreichende Öffnungsfläche, so daß er den Fluß nicht beschränkt. Die Schaummuffe 116 erstreckt sich über den Trägerkern 112 und liefert zusätzlich größere Porencoalescenz, was Öltropfen größer macht. Zunehmender Durchmesser der Öltropfen stellt sicher, daß Öltropfen schnell wachsen und nicht in postcoalescierter Arbeitsflüsssigkeit mitgeschleppt werden.
Das Elementmedium 114, Stützkern 112 und Schaummuffe 116 Untervorrichtung sind zwischen dem oberen und unteren Stöpsel 108, 110 des Coalescenzelements 50 eingekapselt oder anderweitig eingeklebt. Einkapselungsverbindung 118 ist ein Adhäsiv, was die Untervorrichtung an die Stöpsel bindet und versiegelt. Element 50 wird dann zwischen den oberen und unteren Platten 100, 102 angeordnet. Diese Platten sind auf der Verbindungsvorrichtung 104 zusammengesponnen, dicht genug, um die O-Ringe 106 zwischen den Platten und Stöpseln, wie gezeigt, zu versiegeln. Diese Ausgestaltung ermöglicht auswechselbare Elemente, die leicht unter Verwendung von bestehenden Endplatten, Verbindungsvorrichtung und O-Ringen gewechselt werden.
Es gibt viele Gründe, warum das vorliegende Coalescenzelement 50 gegenüber ähnlichen bekannten Strukturen ausgezeichnet ist. Erstens benötigt die Elementausgestaltung kein Gehäuse und hat die Eigenschaft, daß es direkt in eine offenen Behälter mit Wasser plaziert wird. Gehäuse für coalescierende Filter, die den Druck zurückhalten und nicht korrodieren, können teuer sein, insbesondere, wenn das coalescierte Öl zusammen mit der post-coalescierten Arbeitsflüssigkeit aus dem Gehäuse zu einem Punkt durch Röhren geführt wird, wo sie getrennt werden können. Die Geschwindigkeiten und Turbulenzen, die mit der Auslaßröhre verbunden sind, werden dazu neigen, die größeren coalescierten Tropfen in kleinere Durchmesser zu brechen, deshalb wird das Öl mit dem Wasser wieder vermischt und macht die Trennung schwieriger oder unmöglich.
Bei dem vorliegenden System sitzt das Element 50 direkt in einem offenen Coalescenzbehälter 120, wo die Trennung vorkommt und das oben erwähnte Problem nicht existiert. Die Geschwindigkeiten der Arbeitsflüsssigkeit in dem Behälter sind so langsam, daß es coalesziertem Öl ermöglicht wird, leicht an die Oberfläche zu gelangen, wo es entfernt werden kann. Andere Vorteile dieser Ausgestaltung schließen einfacheren und schnelleren Wechsel der Elemente und Elemente, die visuell überprüft werden können, während sie arbeiten, ein. Es gibt auch eines größeres Ausmaß an Flexibilität in der Größe und Zahl der Elemente, die verwendet werden können. Dies ist sehr wichtig für Verwender von Druckluft, daß Wechseln von Kompressorgröße oder Schmiermittel, nachdem ein System dieses Typs installiert wurde, ermöglicht.
Diese und andere Merkmale der Erfindung erlauben effektives Behandeln von Druckluftkondensaten, die Ölemulsionen mit einem spezifischen Schwerkraftunterschied von Wasser von gut unter 0,01 enthalten. Viele handelsübliche Öl-Wasser-Separatoren sind nur effektiv, wenn der spezifische Schwerkraftunterschied 0,09 oder größer ist.
Die post-coalescierte Arbeitsflüssigkeit fließt abwärts aus der Coalescenzelementvorrichtung in den Coalescenzbehälter 120. Sie wird dann zu und über einen Überlauf 122 transportiert, welches das Flüssigkeitsniveau in dem Coalescenzbehälter festsetzt. Die Flüssigkeit wird dann in einer Haltezone 124 zurückgehalten, bevor sie zu einem Adsorptionsbehälter 126 fließt. Der Adsorptionsbehälter 126 ist das Endteil des Öl-Wasser- Separatorsystems 10. Seine Funktion ist es, irgendwelche extrem kleinen Ölpartikel, die nicht fähig sind, zu coalescieren, zu entfernen oder adsorbieren. Die Menge an nicht coalescierbarem Öl kann gleich Null oder meistens ein sehr kleiner Prozentsatz des Öls sein, das durch das System entfernt wird. Deshalb ist der Adsorptionsbehälter 126 nur eine Aufbereitungsstufe, die sicherstellt, daß die Ölkonzentration des Abwassers, das das System verläßt, den örtlichen und staatlichen Vorschriften, die Benutzer von Druckluft betreffen, entsprechen wird.
Arbeitsflüssigkeit fließt von der Haltezone 124 durch den Adsorptionsbehälter 126 mittels Schwerkraft. Dies zusammen mit einer geeigneten Höhenanordnung des Ventils macht es möglich, den Adsorptionsbehälter die ganze Zeit mit Flüssigkeit gefüllt zu halten. Dies ist von einem Standpunkt der Adsorption wichtig, da je länger die Arbeitsflüssigkeit mit dem Adsorptionsmedium in Kontakt ist, um so reiner wird das abgeführte Wasser sein. Das Volumen des Adsorptionsbehälters 126 ist bemessen, um die benötigte Zeit des Adsorptionskontaktes zu geben, die bei der maximalen System- GPM-Rate nötig ist. Ein typisches Flüssigkeitsvolumen eines Adsorptionsbehälters wird gleich des vierfachen Arbeitsvolumens des Druckausstoßbehälters 52 sein. Der Fluß durch den Adsorptionsbehälter ist aufwärts gerichtet, um die Flüssigkeit in dem Behälter zu halten, bis sie durch eine Leitung 128 an der Oberseite des Adsorptionsbehälters 126 ausgestoßen wird. Eine Auslaßöffnung 130 ist in der Leitung 128 an der Oberseite des Adsorptionsbehälters 126 eingebracht. Der Zweck dieser Öffnung ist es, die Arbeitsflüssigkeit, die mit Hilfe eines Siphons entleert wird, aus dem Adsorptionsbehälter 126 zu halten.
Ein Überlauf 132 ist an der Oberseite der Haltezone 124 eingebracht. Die Funktion eines Überlaufes ist es, den Adsorptionsbehälter 126 abzuleiten, wenn das Adsorptionsmedium geladen wird. Dies wird vorkommen, wenn das Adsorptionsmedium nicht zu einem der bestimmten Intervalle gewechselt wird.
Coalesziertes Öl, das an der Oberfläche des Behälters 120 schwimmt, wird einfach in einen Ablauf 134 an der Oberseite des Behälters gegossen und wird durch Leitung 136 wegtransportiert. Die Leitung kann in den Ölsammelbehälter oder den Absetzbehälter entleert werden, wenn Wasser mit dem entfernten Öl gemischt ist.
Das System 10 ist einfach zu kontrollieren und arbeitet mit jeder geeigneten Vorrichtung, wie zum Beispiel einem Mikrocomputer. Die Spezifizierungen von jedem Kontrollsystem liegen in dem Bereich der Kenntnisse eines Fachmanns und deren Einzelheiten nicht nötig sind.

Claims

1. Verfahren zum Trennen von emulgiertem, suspendiertem und abgeschiedenem Öl als auch anderen Verunreinigungen, wie Staub, Niederschlag, Rost und dergleichen, aus dem Wasser eines Druckluftsystemkondensates, das Verfahren umfaßt die Schritte des Abführens von Luft und Kondensat aus einem Druckluftsystem in einen wassergefüllten Trennbehälter, wo die Luft von dem Kondensat getrennt wird, wobei es wenigstens einigen der Verunreinigungen, die schwerer als Wasser sind, ermöglicht wird, sich auf dem Boden des Trennbehälters abzusetzen, während wenigstens einige der leichteren Ölverunreinigungen zur Oberfläche des Behälters flotiert werden, des Entfernens der aufschwimmenden Ölverunreinigungen von der Oberfläche des Trennbehälters, dem Ablassen wenigstens eines Teils des Wassers aus dem Trennbehälter und der restlichen Verunreinigungen, die nicht zu der Oberfläche flotiert sind oder sich nicht am Boden abgesetzt haben, bis sich eine gegebene Menge in einem Druckbehälter angesammelt hat, der Druckzufuhr zu dem angesammelten Wasser und der darin befindlichen Verunreinigungen in den Druckbehälter durch Einführen von Druckgas in den Behälter, wobei das angesammelte Wasser und die darin enthaltenen Verunreinigungen in und durch ein Coalescenzmedium durch den zugeführten Druck gedrückt werden, das Coalescenzmedium arbeitet wenigstens teilweise unter Wasser, wobei im wesentlichen alle der verbliebenen Ölbestandteile koagulieren, um eine schwimmende Ölphase auf der Oberfläche des Wassers zu bilden, die wenigstens teilweise das Coalescenzmedium bedeckt, während andere Verunreinigungen durch das Medium zurückgehalten werden, und dem Entfernen der schwimmenden Ölphase.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das die weiteren Schritte des Abfließens des flüssigen Abfalls aus dem Coalescenzmedium durch ein Adsorptionsmedium, um jedes nicht coalescierbare Öl daraus zu entfernen, und Abziehen des Wasser, das relativ frei von Verunreinigungen ist, aus dem Absorptionsmedium.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die schwimmenden Ölverunreinigungen auf der Oberfläche des Trennbehälters durch ein maschinell angetriebenes Rad, das durch das Wasser rotiert, entfernt werden und auf der Radoberfläche aufgenommen werden, und Entfernen das Öls von der Radoberfläche durch Abschaben.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Zentrifugalkräfte an die Luft und das Kondensat, die in den Trennbehälter entladen werden, angelegt werden, um die Trennung von Luft und einigem Öl von dem Kondensat zu unterstützen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, das die Schritte des Abtastens des Gegendrucks des Koagulationsmediums, wenn das gesammelte Wasser und die Verunreinigungen durch den angelegten Druck durch dieses hindurch gedrückt werden, und Erhöhen des angegelegten Drucks, wenn der Gegendruck des Koagualationsmediums einen vorherbestimmten Wert übersteigt.

6. Coalescenzmedium (50) zur Verwendung bei der Entfernung von Öl aus Wasser nach dem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 5, das Coalescenzmedium, das ohne ein getrenntes Gehäuse arbeiten kann, umfaßt:

Deckel- (108) und Boden- (110) Endstöpsel,

einen starren, durchlässigen Stützkern (112), der zwischen den Endstöpseln (108, 110) angeordnet ist,

ein wasserabweisendes Coalescenzelement (114), das nahe bei der inneren Oberfläche des Stützkerns (112) abgeordnet ist, um suspendierte und emulgierte Ölpartikel in größere Partikel zu agglomerieren, die in Wasser leicht schwimmen, Mittel (118) zum Abdichten der Endstöpsel (108, 110) auf dem Stützkern (112),

Einlaßmittel in wenigstens einem Endstöpsel (108, 110), um Ölpartikel und Wasser in das Coalescenzmedium (50) einzulassen.

7. Coalescenzmedium (50) nach Anspruch 6, bei dem ein Rohr (116) aus einem durchlässigen geschäumten Material nahe der äußeren Oberfläche des Stützkerns (112) angeordnet ist.

8. Coalescenzmedium (50) nach Anspruch 6, bei dem die Mittel (118) zum Abdichten der Endstöpsel (108, 110) auf dem Stützkern (112) eine obere und untere Platte (100, 102) oberhalb und unterhalb der Endstöpsel (108, 110), eine einstellbare, feste Verbindungsvorrichtung (104) zwischen der oberen und unteren Platte (100, 102), die angebracht ist, um Kompressionskräfte auf den Endstöpseln (108, 110) gegenüber dem Stützkern (112) zu erleichtern, ein erstes Abdichtungsmittel (106) zwischen den Endstöpseln (108, 110) und den Endplatten (100, 102) und ein zweites Abdichtungsmittel (118) zwischen den Endstöpseln (108, 110) und dem Stützkern (112) und dem Coalescenzelement (114).