DE1810630C - Verfahren und Alage zur Trennung der Bestandteile von "Ol in Wasser' Alt emulsionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrillt ein Verfahren zur Trennung der Bestandteile von »Öl-in-WasserK-Altemulsionen, die als Zusatzbestandteile Emulgatoren, Stabilisatoren, Rostschutzmittel usw. enthalten.

Bei der spanenden Verformung von Metallteilen in der Metallindustrie und auch in der übrigen Industrie fallen größere Mengen Abwasser an, die bestimmte Mengen Öl in emulgierter Form und verschiedene Beimengungen enthalten. In der Hauptsache dienen diese »Ül-in-Wasser«-Emulsionen als Kühl- und Schmiermittel bei der spanenden Verformung und werden deswegen auch Bohrwasser, Schneidkühlmittel und Schleifkühlmittel genannt. Diese Emulsionen bestehen im wesentlichen aus Wasser mit 1 bis 5 °/o darin emulgieren Mineralölen und Zusätzen in Form von Emulgatoren, Stabilisatoren und Rostschutzmitteln. Als letztere werden vornehmlich Natrium- oder Kaliumnitrit verwendet, wodurch die Emulsion den Charakter einer toxischen Flüssigkeit erhält.

Durch den Zusatz von Emulgatoren und anderen Stoffen, deren Zusammensetzung meistens Fabrikgeheimnis ist, beginnen die nach einer gewissen Zeit unbrauchbar werdenden Emulsionen zu faulen, was bis zu einem gewissen Grad durch die Stabilisatoren verhütet oder hinausgeschoben werden kann.

Verbrauchte Emulsionen können insbesondere wegen ihres Mineralölgehaltes und außerdem wegen des eventuell vorhandenen Nitrites nicht ohne Vorbehandlung als Abwasser in die Kanalisation und damit in eine biologische Kläranlage oder in einen Vorfluter abgelassen werden. Sie müssen vorher entölt und gegebenenfalls entgiftet werden.

Die Abtrennung des emulgierten Öles vom Wasser ist nicht ganz einfach, da die zugesetzten Emulgatoren gerade das Gegenteil bewirken. Je nachdem, wie alt eine Emulsion ist und wie weit Emulgatoren wirkungslos geworden sind, läßt sich die Trennung mehr oder weniger leicht durchführen.

Es sind Verfahren zum Verdampfen oder Konzentrieren von Flüssigkeiten bzw. Lösungen bekannt, bei denen unter Verwendung von Tauchbrennern in cin- oder mehrstufiger Arbeitsweise und gegebenenfalls nach Vorwärmung oder im Vakuum verdampft wird.

Bei diesen bekannten Verfahren wird angestrebt, Zwischenprodukte der Industrie in Form von Flüssigkeiten bzw. Lösungen durch teilweises oder vollständiges Verdampfen flüchtiger Bestandteile sozusagen zu veredeln, so daß sie dem gewünschten Verwendungszweck als konzentrierte Lösung, als Salz od. dgl. zugeführt werden können.

Für die Trennung der Bestandteile von »öl-in-Wasser«-Altcmulsionen der vorstehend beschriebenen Art, die ja als lästige Abfallprodukte der Industrie anzusehen und im übrigen von ihrer Zusammensetzung und ihrem Aufbau her nicht ohne weiteres mit Flüssigkeiten bzw. Lösungen üblicher Art zu vergleichen sind, kamen diese bekannten Veredelungsverfahren bisher nicht in Frage, da von der Fachwelt offenbar der erforderliche Aufwand an Energie für den Betrieb der Tauchbrenner und der Aufwand an Apparaturen zur Beseitigung bzw. Unschädlichmachung eines derartigen wertlosen Abfallprodukts als zu groß eingeschätzt worden sind.

Die bisher üblichen Abtrennungsverfahren bei »ölin-Wasser«-Alternulsionen der in Frage stehenden Art sehen ausschließlich einen Zusatz von Chemikalien vor, d. h., die Emulsion wurde aufgesalzt. Hierfür wurden Neutralsalze, wie Natriumchlorid, Magnesiumchlorid oder andere verwendet. Die Trennung erfolgte im Neutralbereich, wobei das abgeschiedene öl aufrahmt. Das darunter stehende Wasser enthält meistens noch Ölreste bis zu 200 mg/1 und kann daher nur mit starker Verdünnung abgelassen werden.

Schwieriger zu trennende Emulsionen können nach der Methode des sogenannten Aufsalzens nur durch Zusatz von Säure oder Alkalien und durch Zusatz von Eisen- oder Aluminiumsalzen getrennt werden, was

ίο zur Folge hat, daß die Lösung infolge ihres sauren. oder alkalischen Charakters neutralisiert werden muß. Durch die Neutralisation mit Eisensalzen bildet sich Eisenhydroxid, wodurch das Restwasser zwar relativ klar wird, wobei jedoch eine erhebliche Menge Schlamm entsteht. Dieser Schlamm ist naturgemäß mit Öltröpfchen behaftet und läßt sich daher nur sehr schwer entwässern. Für den Fall, daß der Schlamm entwässert werden muß, sind große Filterflächen erforderlich. Andernfalls ist das abzufahrende Schlammvolumen sehr groß. Da das Ablagern von Schwermetallhydroxydschlämmen recht problematisch ist, sind diese bekannten Trennverfahren bei den Abwasser-Aufsichtsbehörden nicht sehr angesehen.
Außerdem sind die Anlagen, die nach diesem Verfahren arbeiten, aufwendig und durch den Einsatz von Chemikalien im Betrieb kostspielig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Trennung der Bestandteile von Emulsionen der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die Nachteile der vorstehend geschilderten bekannten Verfahren vermieden werden und bei dem insbesondere auf den Einsatz von Chemikalien verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wasseranteil durch Tauchbrenner od. dgl. verdampft wird und daß das zum Teil mitverdampfte öl kondensiert wird.

Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Altemulsion vor der Verdampfung vorgewärmt wird, wozu man zweckmäßigerweise die bei der Verdampfung entstehenden Brüden benutzt. Im Rahmen eines zweistufigen Verfahrens ist es weiterhin günstig, wenn die vorerwähnte Altemulsion im Vakuum zum Teil vorverdampft wird. Auch hierbei empfiehlt es sich, die bei der Verdampfung entstehenden Brüden zur Vorverdampfung im Vakuum heranzuziehen.

Je nach der Menge der zu trennenden Altemulsion erweist es sich als zweckmäßig, die Verdampfung in kontinuierlicher Arbeitsweise durchzuführen und die aus den Beimengungen entstehenden Rückstände kontinuierlich oder periodisch abzulassen. Besonders wirtschaftlich läßt sich das Verfahren dann durchführen, wenn das aus der Altemulsion abgeschiedene öl durch Verbrennung im Tauchbrenner od. dgl. nutzbringend herangezogen wird.

Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung wird auch dadurch positiv beeinflußt, daß die bei dem Verfahren auskristallisierenden Salze und sonstigen Rückstände und das Kondensat zum Ansatz von Frischemulsionen verwendet werden können.

Weitere Merkmale der Erfindung, die Gegenstand der Ansprüche 4 bis 7 sind und Anlagen zur Durchführung des Verfahrens betreffen, ergeben sich 'aus dem nachfolgenden Teil der Beschreibung, in dem an Hand der Zeichnung die Erfindung beispielsweise erläutert ist. Es zeigt

Fig. 1 eine einstufige Anlage zur Trennung der

Bestandteile von Altemulsionen der in Frage stehenden Art und

F i g. 2 eine zweistufige Anlage.

Gemäß Fig. 1 wird bei einer einstufigen Anlage die Altemulsion aus dem Vorratsbehälter 15 mit Hilfe einer niveaugesteuerten Dosierpumpe 16 durch einen Filter 17 gepumpt und über einen Vorwärmer 8 und einen Abgaswäscher 7'dem zur Verdampfung mittels eines Tauchbrenners 5 dienenden Behälter 6 zugeleitet. Der Tauchbrenner 5 wird, und zwar mit Hilfe einer ölpumpe 2, die das Heizöl zuvor durch einen ölfilter 3 und durch einen Vorwärmer 4 für Öl fördert, mit Heizöl aus dem Behälter 1 gespeist und erhält durch ein Luftgebläse 13, dem ein Luftfilter 12 vorgeschaltet :st, die für die Verbrennung erforderliche Luft. Das heiße Verbrennungsabgas wird direkt in das Emulsionsbad geleitet, das es nach Abkühlung auf die Siedetemperatur des Bades mit einer entsprechenden Wasserdampfmenge verläßt. Im Abgaswäscher 7 werden Tropfen zurückgehalten und das Abgas mit der zuströmenden Altemulsion oder einer geringen Wassermenge gewaschen und rektifiziert, um Öldampf zu kondensieren.

Der erzeugte Wasserdampf (Brüden) wird im Vorwärmer 8 zur Vorwärmung und zur eventuellen teilweisen Vorverdampfung der Altemulsion ausgenützt und anschließend der Rest durch Kühlwasser in der Kondensationsvorrichtung 9 niedergeschlagen und über das Gefäß 11 abgelassen. Das Abgas wird im Nebelabscheider 10 von feinsten Tröpfchen befreit und in die Atmosphäre abgegeben.

Das im Behälter 6 freiwerdende aufschwimmende öl läuft kontinuierlich über einen ölabscheider in den Behälter 1 für Heizöl. Das für die Kondensation der Brüden benötigte Kühlwasser bildet einen eigenen Kreislauf über einen kleinen Kühlturm 19 mit Umwälzpumpe 20 und belastet nicht den Wasserhaushalt des Betriebes. Ist ein betriebseigener Kühlwasserkreislauf vorhanden, so kann das Wasser aus diesem bezogen werden.

In bestimmten Zeitabständen kann der gesamte Inhalt des Behälters 6 abgelassen werden, wobei Salzkristalle im Filter 14 abfiltriert werden.

Die ungetrennte Altemulsion wird in den Vorratsbehälter 15 und eine eventuelle Ölschicht nach Sichtbarwerden im Schauglas 18 in den Behälter 1 für Heizöl abgeführt.

Gemäß F i g. 2 wird bei einer zweistufigen Anlage aus einem Vorratsbehälter 15 die Altemulsion mit Hilfe einer niveaugesteuerten Dosierpumpe 16 durch ein Filter 17 gepumpt und über einen Vorwärmer 8 in einen Vakuum-Vorverdampfer 21 gefördert.

Hier verdampft ein Teil des Wassers im Vakuum, und die Brüden werden in einer Kondensationsvorrichtung 9 niedergeschlagen. Der nicht verdampfte Teil der Altemulsion wird mit Hilfe einer Umlaufpumpe 22 durch einen Wärmeaustauscher 23 geführt, wobei die Altemulsion weiter aufgewärmt wird, und tritt dann nochmals in den Vakuum-Vorverdampfer 21 ein.

Von diesem fließt der überschüssige Teil der Altemulsion in den Behälter 6 zur Verdampfung durch einen Tauchbrenner 5. Wie bei der einstufigen Anlage wird der Tauchbrenner 5 mit Heizöl aus dem Behälter 1 gespeist, und zwar mit Hilfe einer ölpumpe 2, die das Heizöl durch einen ölfilter 3 und durch einen Vorwärmer 4 für öl fördert, und er erhält durch ein Luftgebläse 13, dem ein Luftfilter 12 vorgesetzt ist, die für die Verbrennung erforderliche Luft. Heizgase und Brüden verlassen den Behälter 6 über den Abgaswäscher 7, der Tropfen zurückhält, und die Brüden werden dann im Wärmeaustauscher 23 und Vorwärmer 8 weitgehend kondensiert, wobei gleichzeitig die zugeführte Altemulsion aufgewärmt wird. Das aus der Kondensationsvorrichtung 9 abfließende Kondensat wird mit der Vakuumpumpe 24 über den Vakuumabscheider 25 zusammen mit dem Kondensat aus dem

ίο Vorwärmer 8 und aus dem Wärmeaustauscher 23 abgeleitet. Nicht kondensierter Wasserdampf aus dem Vorwärmer 8 und dem Wärmeaustauscher 23 wird zusammen mit dem Restwasserdampf aus der Kondensationsvorrichtung 9 und zusammen mit dem Abgas dem Nebelabscheider 26 zugeführt und das Abgas dann in die Atmosphäre abgegeben.

Ebenso wie bei der einstufigen Anlage läuft das im Behälter 6 freiwerdende schwimmende Öl kontinuierlich über einen ölabscheider 27 in den Behälter 1 für Heizöl. Das für die Kondensation der Brüden benötigte Kühlwasser bildet einen eigenen Kreislauf über einen Kühlturm 19 mit Umwälzpumpe 20. In bestimmten Zeitabständen kann der gesamte Inhalt des Behälters 6 abgelassen werden, wobei Salzkristalle im Filter 14 abfiltriert werden. Die ungetrennte Altemulsion wird in den Vorratsbehälter 15 und eine eventuelle ÖJschicht nach Sichtbarwerden im Schauglas 18 in den Behälter 1 für Heizöl abgeführt.

Ein wesentlicher Unterschied der zweistufigen Anlage gegenüber der einstufigen Anlage besteht darin, daß bei der zweistufigen Anlage die Brüden zur Vorverdampfung im Vakuum ausgenutzt werden, wodurch etwa 40 %> an Heizöl eingespart werden. Außerdem werden bei dieser Anlage der Vorwärmer 8 und der Wärmeaustauscher 23 nur von Brüden und Emulsionen beaufschlagt, und nur die Kondensationsvorrichtung 9 ist am Kühlwasserkreislauf angeschlossen. Der Verbrauch an Kühlwasser ist entsprechend geringer, während der Energieaufwand durch die Vakuumpumpe wenig größer wird.

Die zweistufige Anlage empfiehlt sich jeweils dort, wo kein Altöl als Heizmaterial zur Verfügung steht und auf handelsüblichen Brennstoff (leichtes oder schweres Heizöl) zurückgegriffen werden muß.

Beide Anlagen können durch entsprechende Hilfsmittel (z. B. niveaugesteuerte Dosierpumpen, Regelventile usw.) halb- oder auch vollautomatisch betrieben werden. Selbstverständlich ist auch ein manueller Betrieb möglich.

Als Werkstoff für die Bauelemente der Anlagen empfiehlt sich korrosionsbeständiges Material. Je nach der Zusammensetzung der Altemulsion können jedoch auch nicht korrosionsbeständige Materialien verwendet werden.

An Stelle von geschlossenen Behältern 6 zur Verdampfung der Altemulsion können unter Umständen auch offene Behälter eingesetzt werden. Bei offenen Verdampfergefäßen werden die Brüden ohne Kondensation in die Atmosphäre abgelassen, wozu ein entsprechender Kamin vorzusehen ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen — ausgehend davon, daß die Investitionen für Emulsionstrennanlagen nach bisherigen Verfahren etwa gleich hoch sind wie die für eine Anlage gemäß Erfi'ndung, wobei zu berücksichtigen ist, daß für letztere ein wesentlich geringerer Platzbedarf erforderlich ist, und auch die Erd- und Bauarbeiten technisch weniger aufwendig sind — darin, daß

a) kein Zusatz von Chemikalien und damit keine Aufsalzung des Abwassers erforderlich ist,

b) keine Ansäuerung oder Alkalisierung und daher auch keine Neutralisation durchgeführt werden müssen,

c) kein Zusatz flocken- oder schlammbildender Stoffe notwendig ist (dadurch keine Schlammabscheidungen und keine Schlammabfulir),

d) eine nutzbringende Verbrennung des abgeseiltedenen Öles ermöglicht wild,

e) eine Möglichkeit zur Verbrennung von Altölen und sonstigen brennbaren Lösungsmitteln geschaffen ist, deren Beseitigung sonst Schwierigkeiten bereitet, wobei durch Tauchbrenner eine ,₅ bis zu 95prozentige Wärmeausnutzung gegeben ist,

f) die Wiederverwendung des gewonnenen Kondensates zur Herstellung von Frischemuls'ionen möglich ist, so daß dann praktisch kein Abwasser ao anfällt,

g) Salze, z. B. Nitrite, zurückgewonnen werden können, wodurch eine Entgiftung entfällt,

h) einfache, wenig störanfällige Geräte verwendet werden können und ^a5

i) eine weitgehende Automatisierung möglich ist.

Dieses Verfahren arbeitet weitaus wirtschaftlicher als die bekannten Verfahren.

Es ist selbstverständlich, daß Kühlwasser nicht dem Frischwassernetz entnommen und in die Kanalisation abgelassen werden darf. Ein eigener Kühlwasserkreislauf ist Voraussetzung. Diese Einrichtung gehört zur Trennanlage.

Die Überlegenheit der Tauchbrennerverdampferanlage zur Emulsionstrennung ist somit eindeutig. Die Tatsache, daß kein ölhaltiges Wasser mehr in die Kanalisation abgelassen zu werden braucht, und daß keine Rückstände anfallen, die abgelagert werden müssen, sowie die Vermeidung der Aufsalzung der Abwässer sind weitere große Fortschritte, denen in Anbetracht der Aufgabe der Reinhaltung der Gewässer besondere Bedeutung zukömmt.

Claims (7)

Patentansprüche: 45

1. Verfahren zur Trennung der Bestandteile von »öl-inWassere-Altemulsionen, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasseranteil der gegebenenfalls vorzuerwärmenden Altemulsion durch an sich bekannte, für die Verdampfung von Flüssigkeiten geeignete Tauchbrenner (5), vorzugsweise kontinuierlich, verdampft wird, daß das zum Teil mitverdampfte Öl kondensiert und zusammen mit dem abgetrennten Rückstandsöl gegebenenfalls durch Verbrennung im Tauchbrenner zur Verdampfung herangezogen wird, und daß die aus bestimmten Zusatzbcstandlcilcn entstehenden Rückstände kontinuierlich oder periodisch abgelassen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorwärmung der Altemulsion die bei der Verdampfung entstehenden Brüden verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgewärmte Altemulsion im Vakuum, gegebenenfalls untei Verwendung der bei der Verdampfung entstehenden Brüden, zum Teil vorverdampft wird.

4. Einstufige Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen geschlossenen oder offenen Behälter (6) zur Verdampfung des Wasseranteils der Altemulsion mit Hilfe des Tauchbrenners (5) od. dgl. aufweist, daß der geschlossene oder offene Behälter (6) mit einem Abgaswäscher (7) verbunden ist, daß gegebenenfalls vor dem Behälter (6) und vor dem Abgaswäscher (7) ein Vorwärmer (8) für die Altemulsion eingeschaltet ist, und daß Vorrichtungen zum Ablassen von abgeschiedenem öl und von Rückständen vorgesehen sind (F i g. 1)..

5. Zweistufige Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen geschlossenen oder offenen Behälter (6) zur Verdampfung der Altemulsion durch den Tauchbrenner (5) aufweist, daß der Behälter (6) mit einem Abgaswäscher (7) verbunden ist, daß vor dem Behälter (6) und vor dem Abgaswäscher (7) ein Vorwärmer (8) und ein Vakuum-Vorverdampfer (21) eingeschaltet sind und daß Vorrichtungen zum Ablassen von abgeschiedenem Öl und von Rückständen vorgesehen sind (F i g. 2).

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abgaswäscher (7) einerseits und zwischen dem Vorwärmer (8) und dem Vakuum-Vorverdampfer (21) andererseits ein Wärmeaustauscher eingeschaltet ist.

7. Anlage nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kondensationsvorrichtung (9) für Wasserdampf mit eigenem Kühlwasserkreislauf vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen