DE4333318A1 - Verfahren zur Aufarbeitung von Öl- in Wasser-Emulsionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von Öl- in Wasser-Emulsionen, wobei die jeweilige Öl- in Was­ ser-Emulsion in einem Emulsionsspaltbehälter unter gegen­ über Umgebungsbedingungen erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck mittels Kohlendioxid als Spaltmittel in eine ölhalti­ ge und eine wasserhaltige Phase getrennt wird.

Beispielsweise bei der Metallbearbeitung fallen große Men­ gen tensidhaltiger Öl- in Wasser-Emulsionen an, einmal als Kühlschmiermittel und zum anderen als ölbelastete Waschwäs­ ser aus der Teileentfettung. Da solche Abwässer wegen des hohen Ölgehaltes in dieser Form nicht eingeleitet werden dürfen, müssen sie entweder einem Entsorgungsunternehmen anvertraut oder aber aufgearbeitet werden.

Es gibt für den Anwender bisher verschiedene Verfahren zur Aufarbeitung mit dem Ziel, die zu entsorgende Menge zu ver­ mindern. Dementsprechend wird in den meisten Fällen ver­ sucht, nach Spaltung der Emulsion in eine Öl- und eine Was­ serphase die Wasserphase bis zur Einleitfähigkeit zu behan­ deln. Grundsätzlich sind zur Emulsionsspaltung physikali­ sche Verfahren (z. B. Absorption), thermische Verfahren (z. B. Verbrennen, Erhitzen, Verdampfen), chemische Verfah­ ren (Säurespaltung, Salzspaltung, Polyelektrolytspaltung und mechanische Verfahren (z. B. Zentrifugieren, Flotieren, Membranfiltrieren) bekannt.

Von diesen Verfahren scheiden einige im Hinblick auf ihre Anwendungsmöglichkeit zur Spaltung der in der Metallbear­ beitung zum Einsatz kommenden sehr stabilen Kühlschmiermit­ tel aus. Dazu gehören physikalische Verfahren, wie Absorp­ tion sowie unter den mechanischen Verfahren das Zentrifu­ gieren und das Flotieren. Unter den thermischen Verfahren erweist sich nur das Verdampfen als durchführbar, was je­ doch wegen des sehr hohen Energiebedarfs nicht praktikabel ist.

Eine Emulsionsspaltung durch Säuren oder saure Salze ge­ lingt nicht bei allen Emulsionen, zudem sind die damit ver­ bundenen Kosten und insbesondere die nicht ungefährliche Handhabung der notwendigen Chemikalien sowie die bei der Neutralisation entstehende hohe Salzfracht im Abwasser pro­ blematisch.

Es ist auch bereits experimentell versucht worden (Zeit­ schrift cav 1991, Februar, Seite 26, 27), derartige Öl- in Wasser-Emulsionen mittels Kohlendioxid als Spaltmittel in eine ölhaltige und eine wasserhaltige Phase zu trennen, wo­ bei sich herausgestellt hat, daß eine solche Trennung nur gelingt, wenn unter erhöhter Temperatur (z. B. 60 bis 80°C) und unter erhöhtem Druck (z. B. 4 bar) gearbeitet wird. Es hat sich herausgestellt, daß unter diesen Bedingungen eine erstaunlich schnelle Spaltung in eine aufschwimmende Ölpha­ se und eine ölarme Wasserphase erzielbar ist. Dieses be­ kannte Verfahren zeigt somit grundsätzlich die Möglichkeit auf, mittels Kohlendioxid als Spaltmittel eine derartige Öl- in Wasser-Emulsion zu trennen, es werden jedoch noch keinerlei Hinweise auf die technische Anwendbarkeit und insbesondere auf eine weitere Aufarbeitung der wasserhalti­ gen Phase angegeben, die letztendlich erst die wirtschaft­ liche Durchführbarkeit eines solchen Verfahrens ermögli­ chen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein gattungsgemäßes Verfahren so weiter zu entwickeln, daß es bei möglichst ge­ ringem Energieaufwand und somit unter wirtschaftlichen Be­ dingungen in der Praxis durchführbar ist, wobei eine hohe Reinheit der wasserhaltigen Phase mit einem CSB von etwa 1000 mg/l erreichbar sein soll.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs be­ zeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Koh­ lendioxid durch Verbrennung als Rauchgasbestandteil gewon­ nen wird und die Rauchgaswärme zur direkten Beheizung des Emulsionsspaltbehälters eingesetzt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Verfahrensführung läßt sich auf besonders energiesparende Weise eine praktische Durchfüh­ rung der Trennung von Öl- in Wasser-Emulsionen mittels Kohlendioxid als Spaltmittel erreichen. Das Kohlendioxid selbst, das bei der Verbrennung fossiler Energieträger ent­ steht und ökologisch unerwünscht ist, kann somit direkt zur Beseitigung eines anderes Abfallproblemes beitragen und wird dabei selbst in eine umweltneutrale Form überführt. Gleichzeitig wird die Rauchgaswärme im Emulsionsspaltbehäl­ ter genutzt, um die aufgespaltene wasserhaltige Phase vom Öl zu befreien, ohne daß es einer zusätzlichen Energiezu­ führung bedarf.

Um ein besonders gutes Aufspalt- bzw. Trennergebnis zu er­ reichen, hat es sich als besonders vorteilhaft herausge­ stellt, eine zweistufige Emulsionsspalteinrichtung einzu­ setzen, wobei die Trennung in der ersten Stufe unter Über­ druck und in der zweiten Stufe unter Umgebungsdruck durch­ geführt wird. So kann die Trennung bzw. Aufspaltung mittels Kohlendioxid beispielsweise bei einer Temperatur von 20°C bis 60°C zunächst in einen ersten Emulsionsspaltbehälter bei 10 bar und nachfolgend in einem zweiten Trennbehälter bei 1 bar und bei 60°-80°C erfolgen.

Um eine optimale Reinigung der erhaltenen wasserhaltigen Phase zu erreichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die aus dem Emulsionsspaltbehälter austretende wasserhaltige Phase zunächst einer Stripkolonne zugeführt wird, welche indirekt mittels der Rauchgaswärme beheizt wird. Dabei wer­ den besonders bevorzugt die extrahierbaren Schadstoffe aus der wasserhaltigen Phase mittels Wasserdampf ausgestrippt und kondensiert.

Um ein optimales Aufarbeitungsergebnis für die wasserhalti­ ge Phase zu erreichen, ist vorgesehen, daß die abgetrennte wasserhaltige Phase in wenigstens einer Destillationskolon­ ne destilliert wird, welche indirekt mittels der Rauchgas­ wärme beheizt wird. Dabei ist ebenfalls keine zusätzliche Beheizung erforderlich, sondern es wird vorteilhaft die Rauchgaswärme verwandt.

Es ist besonders vorteilhaft, daß die Destillation der was­ serhaltigen Phase mehrstufig in hintereinander angeordneten Destillationskolonnen durchgeführt wird.

Dabei ist es ganz besonders vorteilhaft, daß die hinterein­ ander angeordneten Destillationskolonnen mit Ausnahme der ersten durch indirekten Wärmeaustausch mit dem aus der je­ weils vorhergehenden Destillationskolonne austretenden Kopfprodukt beheizt werden, wobei dann selbstverständlich erforderlich ist, daß der Druck innerhalb der jeweiligen Destillationskolonne von Stufe zu Stufe reduziert wird, um noch eine Verdampfung ermöglichen zu können.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in einem verein­ fachten Verfahrensfließbild eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine geeignete Anlage zur Durchführung des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens zur Aufarbeitung von Öl- in Wasser-Emulsio­ nen weist zunächst einen Emulsionssammeltank 1 auf, der nur teilweise dargestellt ist. In diesem Sammeltank 1 ist der obere Füllstand angedeutet und ein Ölabskimmer 2 vorgese­ hen, welcher mit einer Ölableitung 3 verbunden ist. Der Emulsionssammeltank 1 ist über eine Leitung 4 und eine Zu­ führung 5 mit einem Emulsionsspaltbehälter 6 verbunden.

Vorgeschaltet ist diesem Behälter 6 eine beispielhaft dar­ gestellte Verbrennungseinrichtung 7, in welcher beispiels­ weise ein fossiler Energieträger unter Bildung kohlendio­ xidhaltiger Rauchgase verbrannt wird. Diese Rauchgase wer­ den in die Zuführung 5 bzw. betriebsbedingt auch in eine Ableitung 8 abgeleitet. Alternativ bzw. zusätzlich ist auch eine Zuführung aus einem angedeuteten Kohlendioxidreservoir möglich.

Der Emulsionsspaltbehälter 6 ist über eine Austrittsleitung 9 mit einem weiteren Trennbehälter 10 verbunden, in dessen oberen Bereich ein Ölabscheider 11 vorgesehen ist, welcher das aufgeskimmte Öl über die Ölableitung 3 abfließen läßt. Das Öl kann anschließend in einer an sich bekannten Aufar­ beitungsanlage recycelt werden.

Eine untere Austrittsleitung 12 aus dem Trennbehälter 10 führt in eine Stripkolonne 13, die mittels eines Wärmeaus­ tauschers 14 beheizbar ist, wobei die Beheizung des Wärme­ austauschers 14 durch indirekten Wärmeaustausch mit der in der Verbrennungseinrichtung 7 erzeugten Wärme erfolgt. Dazu sind an der Verbrennungseinrichtung 7 ein Wärmeaustauscher 15 und entsprechende Leitungen 16,17 vorgesehen.

Die Stripkolonne 13 weist eine Ableitung 19 für extrahier­ bare Stoffe und insbesondere eine Ableitung 20 am Sumpf für die aufgearbeitete wasserhaltige Phase auf, welche in den Sumpf einer ersten Destillationskolonne 21 mündet. Diese Destillationskolonne 21 ist am Sumpf mit einer Beheizung (Wärmeaustauscher 22) versehen, welcher indirekt mittels der in der Verbrennungseinrichtung 7 erzeugten Wärme er­ hitzt wird.

Am Kopf der ersten Destillationskolonne 21 ist eine Destil­ latableitung 23 angeordnet, die durch einen Wärmeaustau­ scher 24 geführt ist und in einen Destillatsammelbehälter 25 mündet. Der Wärmeaustauscher 24 dient zur indirekten Be­ heizung einer zweiten Destillationskolonne 26, in deren Sumpf über eine Leitung 27 das Sumpfprodukt aus der ersten Destillationskolonne 21 eingeleitet wird.

Am Kopf der zweiten Destillationskolonne 26 ist eine De­ stillatableitung 28 angeordnet, welche durch einen Wärme­ austauscher 29 geführt ist und ebenfalls in den Destillat­ sammelbehälter 25 mündet. Der Wärmeaustauscher 29 dient zur Beheizung einer dritten Destillationskolonne 30, in welche am Sumpf eine Zuleitung 39 mündet, die mit dem Sumpf der zweiten Destillationskolonne 26 verbunden ist.

Am Kopf der dritten Destillationskolonne 30 ist eine De­ stillatableitung 31 angeordnet, welche über einen Wärmeaus­ tauscher 32 ebenfalls in den Destillatsammelbehälter 25 mündet. Dieser Wärmeaustauscher 32 dient zur Beheizung ei­ ner vierten Destillationskolonne 33.

Die vierte Destillationskolonne 33 ist am Sumpf über eine Leitung 34 mit dem Sumpf der dritten Destillationskolonne 30 verbunden und weist am Kopf eine Destillatableitung 35 auf, welche über einen Wärmeaustauscher 36 ebenfalls in den Destillatsammelbehälter 25 mündet. Der indirekte Wärmeaus­ tauscher 36 ist beispielsweise an ein Kühlwassersystem 37 angeschlossen. Am Sumpf der vierten Destillationskolonne 33 ist eine Konzentratableitung 38 vorgesehen. Dabei verläßt das Konzentrat die Anlage mit einem CSB von etwa 100 000 mg/l, während das Destillat aus dem Sammelbehälter 25 über eine Ableitung 18 die Anlage mit einem CSB von 1000 mg/l verläßt.

Erkennbar erfolgt die Beheizung der einzelnen Trenneinrich­ tungen 6, 10, 13 sowie der Destillationskolonnen 21, 26, 30 und 33 nur durch die im Prozeß selbst erzeugte Wärme, d. h. zum einen durch die Verbrennung zur Erzeugung des erforder­ lichen Kohlendioxids in der Verbrennungseinrichtung 7 (Wär­ meaustauscher 14 und 22) und zum anderen durch Wärmerückge­ winnung bei der Abkühlung des Destillats aus den einzelnen Destillationskolonnen (Wärmeaustauscher 24, 29 und 32). Da­ bei ist die Funktionsfähigkeit der Destillationskolonnen 26, 30 und 33 selbstverständlich dadurch gewährleistet, daß der Betriebsdruck in der jeweiligen Destillationskolonne von der ersten zur letzten abnimmt.

Weitere vorstehend nicht erwähnte Einrichtungen, Verbin­ dungsleitungen und dgl. sind für einen Fachmann ohne weite­ res aus dem Verfahrensfließbild ersichtlich, so daß hierauf nicht im einzelnen eingegangen wird.

Anhand eines konkreten, jedoch nicht beschränkenden Ausfüh­ rungsbeispieles wird nachfolgend der Verfahrensablauf im einzelnen beschrieben:

Aus dem Emulsionssammeltank 1 wird kontinuierlich eine Öl­ in Wasser-Emulsion von 7 m³/h mit einem CSB von beispiels­ weise 10 000-150 000 mg/l in den Emulsionsspaltbehälter 6 gefördert. Dieser Behälter 6 wird bei einer Temperatur von 20°C und einem Druck von 10 bar betrieben, während bei ei­ ner Temperatur von 60° bis 80°C der Druck in dem zweiten Trennbehälter 10 lediglich 1 bar beträgt. Dabei erfolgt die Temperierung ausschließlich durch den direkten Wärmeaus­ tausch mit dem eingeleiteten kohlendioxidhaltigen Rauchgas ohne zusätzliche Beheizung. Durch die Einleitung des Koh­ lendioxides als Spaltmittel in die Trennbehälter 6 und 10 erfolgt zunächst eine Aufspaltung in eine ölhaltige und ei­ ne wasserhaltige Phase, wobei die ölhaltige Phase bevorzugt unmittelbar über die Leitung 3 abgezogen wird.

In die Stripkolonne 13 wird die wasserhaltige Phase über die Leitung 12 eingeleitet und mit Wasserdampf werden die extrahierbaren Bestandteile ausgestrippt, wobei ein Volu­ menstrom von 7 m³/h an wasserhaltiger Phase eingeleitet wird und die Stripkolonne bei einem Temperaturniveau von 95°C und einem Druck von 0,9 bar betrieben wird.

Am Sumpf der Stripkolonne tritt dann ein Volumenstrom von 6,6 m³/h wasserhaltige Phase aus, 0,4 m³/h extrahierbare Stoffe werden über die Leitung 19 und über einen Kondensa­ tor 40 abgeleitet.

Das wasserhaltige Sumpfprodukt wird anschließend mit einem Volumenstrom von 6,6 m³/h in die erste Destillationskolonne 21 eingeleitet, die bei einem Druck von 1 bar und entspre­ chend einer Temperatur von 100°C betrieben wird.

Aus der ersten Destillationskolonne 21 wird am Kopf ein De­ stillat von 1,6 m³/h abgezogen, dementsprechend tritt aus der ersten Destillationskolonne 21 ein Volumenstrom von 4,8 m³/h in die zweite Destillationskolonne 26 ein. Diese De­ stillationskolonne 26 wird bei einer Temperatur von 81°C und einem Druck von 0,5 bar betrieben. Aus dieser Destilla­ tionskolonne 26 wird ein Destillatstrom von 1,5 m³/h abge­ zogen und dementsprechend ein Sumpfproduktstrom von 3,3 m³/h, der in den Sumpf der dritten Destillationskolonne 30 eingeleitet wird. Diese dritte Destillationskolonne 30 wird bei einem Druck von 0,25 bar und einer Temperatur von 64°C betrieben.

Aus dieser dritten Destillationskolonne 30 wird ein Destil­ latstrom von 1,3 m³/h abgezogen, dementsprechend verbleibt ein abzuziehender Sumpfproduktstrom von 2 m³/h, welcher in die vierte und letzte Destillationskolonne 33 eingeleitet wird. Diese vierte Destillationskolonne 33 wird bei einem Druck von 0,1 bar und einer Temperatur von 46°C betrieben. Aus dieser vierten Destillationskolonne 33 wird ein Destil­ latstrom von 1 m³/h abgezogen, so daß am Sumpf ein Konzen­ trat von 1 m³/h verbleibt.

Insgesamt ergibt sich somit aus der Summe der Destillatvo­ lumenströme der einzelnen Destillationskolonnen ein Gesamt­ output von 5,4 m³/h an Destillat, welches aus dem Destil­ latbehälter 25 über die Ableitung 18 abgezogen werden kann; hierbei handelt es sich um reines Wasser mit einem CSB von etwa 1000 mg/l.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Aus­ führungsbeispiel beschränkt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlas­ sen. Wesentlich ist jedoch, daß die Verfahrensführung so getroffen ist, daß die erforderliche Prozeßwärme allein durch die zur Kohlendioxiderzeugung stattfindende Verbren­ nung bereitgestellt wird und keine zusätzliche externe Wär­ mezuführung erforderlich ist. Darüber hinaus ist es auch möglich, das Destillat anschließend mittels Umkehrosmose bis auf einen CSB-Wert von 100 mg/l zu reinigen, wenn dies erforderlich ist.

Claims (7)

1. Verfahren zur Aufarbeitung von Öl-in-Wasser-Emulsionen, wobei die jeweilige Öl-in-Wasser-Emulsion in einem Emulsionsspaltbehälter unter gegenüber Umgebungsbedingungen erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck mittels Kohlendioxid als Spaltmittel in eine ölhaltige und eine wasserhaltige Phase getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlendioxid durch Verbrennung als Rauchgasbestand­ teil gewonnen wird und die Rauchgaswärme zur direkten Be­ heizung des Emulsionsspaltbehälters eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweistufige Emulsionsspalteinrichtung eingesetzt wird, wobei die Trennung in der ersten Stufe unter Über­ druck und in der zweiten Stufe unter Umgebungsdruck durch­ geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Emulsionsspaltbehälter austretende wasser­ haltige Phase zunächst einer Stripkolonne zugeführt wird, welche indirekt mittels der Rauchgaswärme beheizt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserhaltige Phase mittels Wasserdampf ausge­ strippt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die abgetrennte wasserhaltige Phase in wenigstens einer Destillationskolonne destilliert wird, welche indirekt mit­ tels der Rauchgaswärme beheizt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Destillation der wasserhaltigen Phase mehrstufig in hintereinander angeordneten Destillationskolonnen durchge­ führt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hintereinander angeordneten Destillationskolonnen mit Ausnahme der ersten durch indirekten Wärmeaustausch mit dem aus der jeweils vorhergehenden Destillationskolonne austretenden Kopfprodukt beheizt werden.