DE102007028737A1

DE102007028737A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Walzöl

Info

Publication number: DE102007028737A1
Application number: DE102007028737A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Georg Hammer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2008-12-24

Abstract

Ein Verfahren zur Aufbereitung von Walzöl aus einer Walzöl-Fremdstoff-Mischung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Walzöl-Fremdstoff-Mischung unter Umrühren in einem Rühwerksbehälter (1, 1.1) mit einem flüssigen Extraktionsmittel bei Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur in Kontakt gebracht und dadurch pumpfähig wird, um aus der Mischung das Walzöl zu extrahieren und anschließend in einer zweiten Stufe (3; 4) aus der dadurch entstandenen Walzöl/Extraktionsmittel-Mischung das Extraktionsmittel zu verdampfen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung und Aufbereitung von Walzöl aus einer Walzöl/Fremdstoff-Mischung. Unter den Begriff „Fremdstoff" fallen in erster Linie Wasser, metallische Abriebspartikel sowie Filterhilfsmittel.
Beim Walzen von Stahl, Edelstahl und Nichteisenmetallen und auch bei sonstigen Metallbearbeitungen fallen in der Regel Abriebspartikel an, die durch das Walzöl oder sonstiges Öl oder eine Emulsion von Wasser und Walzöl aus dem Walzenspalt abtransportiert und in der Regel unmittelbar anschließend in speziellen Filtern aus der Flüssigkeit entfernt werden.
Bei den Filtern handelt es sich entweder um Anschwemm-Filter mit z. B. Kieselgur als Filterhilfsmittel oder um Kerzenfilter, die ohne Filterhilfsmittel auskommen. Beim Einsatz von Filterhilfsmitteln bildet sich ein Dreistoffgemisch aus Filterhilfsmittel, Abriebspartikeln und Walzöl, während sich bei Kerzenfiltern ein Zweistoffgemisch aus Abriebspartikeln und z. B. Walzöl bildet.
Stand der Technik
Zur Aufbereitung und Konditionierung von im Kreislauf gefahrenem Walzöl ist in der DE 199 05 817 C2 ein Verfahren beschrieben, bei welchem aus dem gebrauchten Walzöl unter geregelter Zufuhr von Filterhilfsmitteln durch Filtration Schmutz und Abriebspartikel entfernt werden, wobei insbesondere für die Aufbereitung von Walzöl aus Aluminiumfolienwalzwerken in dem Walzöl eine elektrische Leitfähigkeit eingestellt wird, um die Gefahr einer elektrostatischen Aufladung der Abriebpartikel zu verhindern, deren Entladungsfunken Brände, Explosionen oder Verpuffungen in dem Walzwerk auslösen können. Als Filterhilfsmittel wird zum Agglomerieren der Feinstpartikel zu größeren Aggregaten ein Flockungsmittel verwendet, dessen Zugabemenge in Abhängigkeit von der im Filtrat verbleibenden Restverschmutzung derart geregelt wird, dass im Filtrat eine vorgegebene, durch die verbleibende Restverschmutzung verursachte Mindestleitfähigkeit erhalten bleibt.
In der EP 0 597 803 A1 ist ein Verfahren zum Reinigen von Walzölen beschrieben, die als Schmutzöl Abriebspartikel der zu bandförmigem Halbzeug verarbeiteten Metalle enthalten. Bei diesem Verfahren wird dem Schmutzöl Dimersäure zugesetzt und das Gemisch wird durch einen Koagulator geleitet, wobei die Abriebspartikel koagulieren und aus dem Schmutzöl abgetrennt werden. Das gereinigte Öl kann im Kreislauf wieder als Walzöl verwendet werden.
Zur Aufbereitung von verschmutztem Altöl, insbesondere gebrauchtem Paraffinöl, ist in der DE 42 35 213 C2 beschrieben, dass durch Einsatz geeigneter Extraktionsmittel die Möglichkeit besteht, die Verunreinigungen zu agglomerieren, wobei die benutzten Extraktionsmittel nach erfolgtem Austrag der agglomerierten Verschmutzungen durch nachfolgende Destillation wieder zurückgewonnen und in den Prozesskreislauf zurückgeführt werden können. Zur Agglomeration der Verunreinigungen wird vorgeschlagen, ein Extraktionsmittelgemisch aus einem polaren und einem unpolaren Lösungsmittel zu verwenden, also beispielsweise eine Mischung aus 50% Isopropanol und 50% Aceton.
Die DE 602 11 041 T2 beschreibt ein Verfahren zur Regenerierung von Altöl auf Erdölbasis durch Extraktion mit aliphatischen Lösungsmitteln, wobei sich nach der Eliminierung des Extraktionslösungsmittels verschiedene Abtrennstufen anschließen, nämlich Abtrennung der leichten Produkte durch Destillation bei Atmosphärendruck, Abtrennen des Gasöles und der Basisöle oder Grundöle durch Vakuumdestillation und eine Schlussraffinierung der Öle (Grundöle).
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur vereinfachten und damit kostengünstigen Trennung eines Dreistoffgemisches in Öl, Filterhilfsmittel und Abriebspartikel bzw. eines Zweistoffgemisches in Öl und Abriebspartikel durch Extraktion und ggf. zur Aufbereitung der Ölphase durch Adsorption.
Um dieses angestrebte Ziel zu erreichen, ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung von Walzöl aus einem Walzöl/Fremdstoff-Gemisch dadurch gekennzeichnet, dass die Walzöl/Fremdstoff-Mischung unter Umrühren in einem Rührwerksbehälter mit einem flüssigen Extraktionsmittel bei Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur in Kontakt gebracht wird, um aus der Mischung das Walzöl zu extrahieren und anschließend in einer zweiten Stufe aus der dadurch entstandenen Walzöl/Extraktionsmittel-Mischung das Extraktionsmittel zu verdampfen.
Für den Fall, dass an die Extraktionsstufe eine Adsorptionsstufe angeschlossen ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Adsorptionsbehandlung in dem gleichen Behälter erfolgt wie die Extraktionsbehandlung. Für den Fall, dass ein Dreistoffgemisch, bestehend aus Walzöl, metallischen Abriebspartikeln und Filterhilfsmittel aufzubereiten ist, kann gemäß weiterer Erfindung zum Trennen der aus Walzöl und Extraktionsmittel bestehenden Flüssigphase von der aus Abriebspartikeln und Filterhilfsmittel bestehenden Feststoffphase sowohl in der Extraktionsstufe als auch in der Adsorptionsstufe der in der Extraktionsstufe verwendete Anschwemmfilter auch als Anschwemmfilter in der Adsorptionsstufe benutzt werden.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben:
1 zeigt ein Flussdiagramm der Extraktionsstufe;
2 zeigt ein Flussdiagramm einer sich gegebenenfalls an die Extraktionsstufe anschließenden Adsorptionsstufe;
3 zeigt in schematisierter Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Extraktionsanlage.
Die in 1 dargestellte Extraktionsstufe enthält einen mit einem Rührwerk 1.1 ausgerüsteten Extraktionsbehälter 1. Ein aus Walzöl, Abriebspartikeln und Filterhilfsmittel (z. B. Kieselgur) bestehendes Dreistoffgemisch wird unter Inertgasatmosphäre gemeinsam mit einem flüssigen Extraktionsmittel bei Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur in den Extraktionsbehälter 1 gefüllt. Mit dem Rührwerk 1.1 wird eine homogene Suspension erzeugt, die nach relativ kurzer Verweilzeit im Extraktionsbehälter 1 mit einer Suspensionspumpe 1.4 zu einem Anschwemmfilter 2 gefördert wird. In dem Anschwemmfilter 2 werden die Feststoffe als Filterrückstand zurückgehalten, während die Masse des Walzöls und des Extraktionsmittels den Filter 2 als Filtrat passiert. Bei diesem Anschwemm- und Filtrationsvorgang wird durch ausreichendes langes Nachspülen mit frischem Extraktionsmittel die Walzölkonzentration im Lückenvolumen des Filterrückstandes auf einen tolerierbar geringen Wert von ca. 1% gesenkt.
Der im Anschwemmfilter verbliebene Feststoff kann anschließend noch einer Presse 2.1 zum Auspressen der restlichen Flüssigphase zugeführt werden. Der Filterkuchen gelangt danach unter Luftabschluss in einen Trockner 5, in dem das restliche, leicht flüchtige Extraktionsmittel aus dem Lückenvolumen des Filterkuchens entfernt wird. Der trockene Feststoff passiert anschließend beispielsweise über ein Förderband einen Magnetabscheider 6, um die magnetisierbaren Partikel aus dem Feststoff abzuscheiden. Diese insbesondere bei Edelstählen Cr- und Ni-haltigen und entsprechend wertvollen Partikel können dann als Rohstoff im Schmelzprozess wiederverwendet werden. Grundsätzlich kann das regenerierte Filterhilfsmittel erneut für die Filtration eingesetzt werden, wodurch der Filterhilfsmittel-Kreislauf geschlossen ist.
Das Filtrat aus dem Anschwemmfilter 2, d. h. die flüssige Mischung aus Walzöl und Extraktionsmittel, wird mit der hinter der Presse 2.1 anfallenden Flüssigphase einem Extraktionsmittel-Verdampfer 3 zugeführt, in dem bei einem Vakuum von ca. 500 mbar abs. das Extraktionsmittel vollständig verdampft. Ein Verdichter 3.1 fördert anschließend den Extraktionsmitteldampf in einen Extraktionsmittelkondensator 4, in dem bei Umgebungsdruck und einer Kondensationstemperatur < 25°C der Extraktionsmitteldampf kondensiert. Der Verdichter 3.1 ist so ausgelegt, dass das dampfförmige Extraktionsmittel aus dem Trockner 5 ebenfalls in den Kondensator 4 gefördert werden kann. Das erhaltene flüssige Extraktionsmittel kann dann wieder zum Extraktionsbehälter 1 gefördert werden, wodurch der Extraktionsmittelkreislauf geschlossen ist.
Das den Verdampfer verlassende, gereinigte Walzöl wird in einer Qualität zurückgewonnen, die einen direkten Wiedereinsatz im Walzprozess erlaubt, wodurch der Walzölkreislauf geschlossen ist.
Wenn das extrahierte Walzöl nicht wieder im Walzprozess eingesetzt werden soll, kann es insbesondere im Anschluss an eine Adsorptionsbehandlung beispielsweise als Grundöl in der Schmierstoffindustrie oder in der chemischen Industrie verwendet werden.
Die in 2 dargestellte, optional an die Extraktionsstufe anschließende Adsorptionsstufe enthält einen mit einem Rührwerk 7.1 ausgerüsteten Adsorptionsbehälter 7, auf den ein Anschwemmfilter 8 folgt. Erfindungsgemäß können für die Adsorptionsstufe als Adsorptionsbehälter 7 und Anschwemmfilter 8 die zuvor im Rahmen der Extraktionsstufe benutzten Extraktionsbehälter 1 bzw. Anschwemmfilter 2 benutzt werden, um den Gesamtumfang der Anlage so weit wie möglich zu reduzieren.
Das extrahierte Walzöl, aber auch beliebige weitere Öle aus anderen Quellen können mit einer ausreichenden Menge an als Adsorptionsmittel wirksamer Bleicherde in den Adsorptionsbehälter 7 eingefüllt werden, der mit einem Rührwerk 7.1 ausgerüstet ist. Die Bleicherde adsorbiert restliche polare Elemente des vorgewärmten Grundöls. Die Suspension wird nun mittels einer Suspensionspumpe 7.4 zum Anschwemmfilter 8 gepumpt, der das Grundöl passieren lässt und die Bleicherde als Feststoff zurückhält. Sobald der Anschwemm-Filter mit beladener Bleicherde gefüllt ist, wird letztere ausgepresst, um noch möglichst viel Öl zu gewinnen. Die ausgepresste Bleicherde wird ohne weitere Behandlung entsorgt, während das Öl wie vorgesehen verwendet werden kann.
Anstelle von einmalig zu verwendender Bleicherde kann auch ein regenerierbarer Feststoffadsorber verwendet werden.
Diese Apparateanordnung eignet sich sowohl für Flüssig/Flüssig-Extraktionen als auch für Fest/Flüssig-Extraktionen und für die zeitlich nachfolgende Adsorptionsbehandlung der zuvor erzeugten Extrakte.
3 zeigt in schematisierter Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform einer Extraktionsanlage, die auch als Adsorptionsanlage benutzt werden kann. Die in 3 in Klammer gesetzten Bezugszeichen zeigen an, dass diese Anlagekomponenten einer Adsorptionsstufe zugeordnet sind.
Die Anlage besteht aus

– einem Rührwerksbehälter 1 mit Rührwerk 1.1, dem Behälter 1.2 für das zu behandelnde Dreistoffgemisch, der Dosiereinrichtung 1.3 mit Inertisiereinrichtung 1.5 und Evakuiereinheit 1.6 sowie der Suspensionspumpe 1.4 für die Suspension aus Dreistoffgemisch und Extraktionsmittel
– einem Anschwemm-Filter 2 mit integrierter Presse 2.1
– einem Extraktionsmittelverdampfer 3 mit einem angeschlossenen Verdichter 3.1 und einem Wärmetauscher 3.2
– einem Extraktionsmittelkondensator 4 mit einem Wärmetauscher 4.1, einem Kältemittelverdichter 4.2 und einer Drossel 4.3
– einer angeschlossenen Extraktionsmittelpumpe 4.4
– einem Trockner 5 mit beheizbarer Förderschnecke 5.1 einschließlich einer Austragsschleuse 5.3 mit Belüftungseinrichtung 5.2 und der Vakuumpumpe 5.4
– einem Magnetabscheider 6 mit Förderband 6.1
– einer Hilfsheizung 9 und
– einer Hilfskühlung 10.

Für die Adsorptionsbehandlung können

– der Rührwerksbehälter 7 mit Rührwerk 7.1, Bleicherdevorrat 7.2, Dosiereinrichtung 7.3 und Suspensions-Förderpumpe 7.4
– der Anschwemm-Filter 8 mit Pressvorrichtung 8.1 und separaten Entnahmeleitungen 8.2 und 8.3

8.2

8.3

1

2

Aus dem Behälter 1.2 wird über die Dosiereinrichtung 1.3 eine definierte Dreistoffgemischmenge vorgegeben. Mit der Vakuumpumpe 1.6 wird die in der Dosiereinrichtung 1.3 befindliche Schüttung entlüftet und nachfolgend über die Einrichtung 1.5 inertisiert. Die Schüttung fällt in den Rührwerksbehälter 1 und wird dort über die Extraktionsmittelpumpe 4.4 und das Rührwerk 1.1 mit einer definierten Menge Extraktionsmittel vermischt.
Die Suspensionspumpe 1.4 fördert die Suspension zum Anschwemmfilter 2. Nach einer ausreichenden Beladung des Anschwemmfilters 2 mit Feststoff wird der Filterkuchen mit der Presse 2.1 ausgepresst, um möglichst viel Flüssigkeit in den Verdampfer 3 gelangen zu lassen.
Der ausgepresste Feststoff kann entweder in den Rührwerksbehälter 1 zurückgeführt werden, um dort erneut mit Extraktionsmittel versetzt zu werden, oder er gelangt in den Trockner 5. Der Trockner 5 enthält eine motorgetriebene (M), beheizbare Förderschnecke 5.1 und einen Heizmantel 5.2. Der getrocknete Feststoff gelangt zu einer Austragsschleuse 5.3, in der der Feststoff mittels Vakuumpumpe 5.4 entgast und mittels einer Belüftungseinrichtung 5.5 belüftet werden kann. Nach der Luftzufuhr kann der Feststoff über ein Förderband 6.1 ausgetragen und mittels Magnetabscheider 6 von magnetisierbaren Metallparktikeln befreit werden.
Das den Anschwemmfilter 2 verlassende flüssige Gemisch aus Extraktionsmittel und Öl wird in einen Verdampfer 3 gefördert, der mittels Wärmetauscher 3.2 beheizt wird. Der Extraktionsmitteldampf wird über einen Verdichter 3.1 in den Extraktionsmittelkondensator 4 gefördert und kondensiert dort an der Außenwand eines Kühlers 4.1, der in einen Kältemittelkreislauf mit Kompressor 4.2 und Drossel 4.3 eingebunden ist.
Sowohl die Wärmebereitstellung in dem Verdampfer 3 als auch die Wärmeabfuhr in dem Kondensator 4 können durch eine Hilfsheizung 9 bzw. durch eine Hilfskühlung 10 unterstützt werden.
Das verflüssigte Extraktionsmittel steht über die Pumpe 4.4 im geschlossenen Kreislauf wieder zur Verfügung, das extraktionsmittelfreie Walzöl wird wie das Filterhilfsmittel und die metallischen Abriebspartikel aus der Anlage entnommen.
Sofern erforderlich, kann nach dem Extraktionsschritt eine Adsorptionsbehandlung angeschlossen werden. Dazu werden wieder der Rührwerksreaktor 1 als Adsorptionsbehälter 7 und der Anschwemm-Filter 2 (8) benötigt.
Die Bleicherde wird aus dem Bleicherdebehälter 7.2, über die Dosiereinrichtung 7.3 in den Rührwerksreaktor 7 gegeben und dort mittels Rührwerk 7.1 intensiv mit Walzöl oder anderen zurück gewonnenen Ölen vermischt, die über die Pumpe 4.4 in den Rührwerksbehälter eingespeist werden.
Die Suspensionspumpe 7.4 fördert die Suspension in den Anschwemmfilter 8, in dem, auch unter Einschaltung des Presswerks 8.1 möglichst viel Grundöl aus der Feststofffracht herausgepresst wird. Das Grundöl kann dann sofort über die Leitung 8.2 entnommen und weiter verwertet werden, während die gebrauchte Bleicherde über die separate Leitung 8.3 entsorgt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19905817 C2 [0004]
- EP 0597803 A1 [0005]
- DE 4235213 C2 [0006]
- DE 60211041 T2 [0007]

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von Walzöl aus einer Walzöl-Fremdstoff-Mischung, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzöl-Fremdstoff-Mischung unter Umrühren in einem Rührwerksbehälter (1; 1.1) mit einem flüssigen Extraktionsmittel bei Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur in Kontakt gebracht und dadurch pumpfähig wird, um aus der Mischung das Walzöl zu extrahieren, und anschließend in einer zweiten Stufe (3; 4) aus der dadurch entstandenen Walzöl/Extraktionsmittel-Mischung das Extraktionsmittel zu verdampfen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Abtrennen des Extraktionsmittels vom Walzöl erforderliche Verdampfungswärme durch eine Wärmepumpe unter Ausnutzung der Kondensationswärme des abgetrennten Extraktionsmittels bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsmittel im geschlossenen Kreislauf geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Aufbereitung eines Dreistoffgemisches, bestehend aus Walzöl, metallischen Abriebspartikeln und Filterhilfsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass man im Anschluss an die Extraktionsstufe die Suspension aus Dreistoffgemisch und Extraktionsmittel einem Filter, vorzugsweise Anschwemmfilter zuführt, aus dem man die Walzöl/Extraktionsmittel-Mischung zur Verdampfung des Extraktionsmittels einem Verdampfer zuführt, während die Feststoffe als Filterrückstand einem Trockner und anschließend einem Magnetabschneider zugeführt werden, um magnetisierbare Partikel aus dem Feststoff abzuscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Extraktionsmittel ein Kohlenwasserstoff mit ein bis zehn C-Atomen, vorzugsweise mit drei bis acht C-Atomen verwendet wird, dessen Siedepunkt vom Siedebereich des Walzöls verschieden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzöl in aufeinander folgenden Extraktionsschritten nahezu vollständig von den Feststoffpartikeln getrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man das extrahierte Walzöl einem mit einem Rührwerk ausgerüsteten Adsorptionsbehälter zuführt, um restliche polare Elemente des Öls vorzugsweise unter Verwendung von Bleicherde zu adsorbieren.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die aus Öl und Adsorptionsmittel bestehende Suspension einem Filtrationsprozess unterwirft, um das Öl von dem Adsorptionsmittel zu trennen.
Verfahren nach Anspruch 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man als Adsorptionsbehälter und anschließende Filtrationsstufe den Extraktionsbehälter und den an diesen Extraktionsbehälter anschließenden Filter verwendet.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mit einem Rührwerk (1.1) ausgerüsteten Extraktionsbehälter aufweist, in dem die Walzöl/Fremdstoff-Mischung mit einem flüssigen Extraktionsmittel zu einer pumpfähigen Suspension zubereitet wird, dass auf den Extraktionsbehälter ein Anschwemmfilter (2) folgt, an den zur weiteren Aufbereitung der aus Extraktionsmittel und Öl bestehenden Flüssigphase ein Extraktionsmittelverdampfer (3) anschließt, auf den ein Extraktionsmittelkondensator (4) folgt, der zur Rückführung des verflüssigten Extraktionsmittels an den Rührwerksbehälter (1; 1.1) angeschlossen ist, und dass zur Aufbereitung der den Filterrückstand bildenden Feststoffphase auf den Anschwemmfilter ein mit einer Förderschnecke (5.1) ausgerüsteter Trockner folgt, an den eine Trenneinrichtung (6; 6.1) zum Trennen von Filterhilfsmittel und Metallpartikeln anschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an den Verdampfer zur weiteren Aufbereitung des in dem Verdampfer von dem Extraktionsmittel getrennten Öls ein mit einem Rührwerk (7.1) ausgerüsteter Adsorptionsbehälter (7) anschließt, der mit einem Adsorptionsmittel vorzugsweise in Form von Bleicherde beschickbar ist, um restliche polare Elemente des Öls zu adsorbieren, und dass an den Adsorptionsbehälter (7) ein Anschwemmfilter (8) angeschlossen ist, um das gereinigte Öl von dem Adsorptionsmittel zu trennen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Adsorptionsbehälter (7) und anschließendem Anschwemmfilter (8) der Rührwerksbehälter (1; 1.1) mit dem daran angeschlossenen Anschwemmfilter (2) dient.