DE69415148T2

DE69415148T2 - Verfahren zum entfernen von erdöl aus partikelförmigen stoffen

Info

Publication number: DE69415148T2
Application number: DE69415148T
Authority: DE
Inventors: Antony Needham; Ian Ripley
Original assignee: Great Eastern Bermuda Ltd
Current assignee: Great Eastern Bermuda Ltd
Priority date: 1993-02-24
Filing date: 1994-02-24
Publication date: 1999-09-23
Anticipated expiration: 2014-02-25
Also published as: US5916434A; GB2276631A; FI953966A0; DK0686070T3; GB9303743D0; WO1994019122A1; FI953966A; AU677375B2; EP0686070B1; NO953310D0; AU6041994A; JPH08509413A; NO953310L; CA2156833A1; DE69415148D1; KR100288308B1; EP0686070A1

Description

Kurzbeschreibung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Erdöl-Verunreinigung von Partikeln durch Verdampfung oder Extraktion der verunreinigten Partikel in einem toroidalen dynamischen Bett, wo die Partikel in einem Strom mindestens eines heißen Gases suspendiert werden, das wahlweise ein Lösungsmittel für die Erdöl-Verunreinigung enthält.

Hintergrund der Erfindung

Altöl stellt eines der schädlichsten Weltprobleme dar, die der Mensch diesem Planeten aufgebürdet hat. Eine der unangenehmsten Formen stellt die Erdöl-Verunreinigung von Feststoffpartikeln dar. Die Feststoffpartikel stammen aus vielen Zusammensetzungen, die sich ableiten aus kieselartigen Materialien (z. B. Sand, Felsen und dgl.), kohlenstoffhaltigen Materialien, Ton und tonhaltigen Materialien, blättchenartigen Materialien mit hohem Eisengehalt, der typischerweise von Rostblättchen stammt, und dgl. Jüngste Ölverluste von Tankern an europäischen, schottischen und amerikanischen Küstenstrichen veranschaulichen das Ausmaß des Problems. Feststoffe, die durch andere Einflüsse mit Erdöl bedeckt sind, gibt es auf der ganzen Welt, von Singapur über Bahrain bis zu den Vereinigten Staaten von Amerika. Ob durch Verluste an Land oder auf See, Altöl oder Pechablagerungen an Land, in Erdöllagertanks entstehende Schmierölrückstände, Rohöl oder Asphaltablagerungen, in jedem Fall ist das Entfernen der Erdöl-Verunreinigung von den Feststoffen teuer und bis jetzt im allgemeinen ineffektiv. Das auf den partikelförmigen Stoffen abgelagerte Erdöl weist eine höhere Viskosität auf, und zwar infolge des größeren Oberflächenbereichs der Partikel und der Verdampfung einiger der niedrig siedenden Komponenten von dem abgelagerten Erdöl. Dies bedeutet, daß ein derartiges abgelagertes Erdöl eine höhere Viskosität und einen größeren Grad an Haftung aufweisen wird, wenn es erwärmt wird, so daß eine thermische Behandlung der Partikel diese zum Verschmelzen bringt, ähnlich wie Asphalt beim Bauen einer Straße.
Es wurden eine Reihe von Lösungen gesucht oder vorgeschlagen, Erdöl von Feststoffen zu entfernen. Eine bevorzugte Lösung umfaßt das Filtern der verunreinigten Feststoffe, um leicht abzutrennendes Altöl zu entfernen, gefolgt von der Verbrennung der Feststoffe, um das zurückgebliebene Erdöl zu entfernen, das die Filtration nicht abgetrennt hat. Die Filtration ist beim Abtrennen des Erdöls relativ ineffektiv, da in jedem Fall etwa ein Drittel des Erdöls in den Lücken zwischen den gepackten Partikeln verbleibt. Andere Techniken zum Entfernen des auf den Feststoffen zurückgebliebenen Erdöls umfassen Zentrifugierung, Dekantierung oder Flüssigabscheidung des Altöls und Sammeln der erdölbehafteten Feststoffe, die ein isoliertes Produkt des Verfahrens darstellen. Danach können die Feststoffe entweder in eine Deponie gekippt oder verbrannt werden. Das Kippen in Deponien ist in vielen Teilen der Erde untersagt, und zwar aufgrund der nachteiligen Wirkung, die zurückbleibendes Erdöl auf das Leben von Insekten und Tieren, auf Grundwasser und unterirdische Ströme und Ähnliches ausübt. Das Verbrennen von Altöl ist teuer und aufgrund der zwangsläufigerweise entstehenden NOx-, SOx- und Schwermetallemissionen umwelttechnisch nicht tragbar. Insbesondere kann der Erdölanteil der Feststoffe nach einer solchen Behandlung, wie beispielsweise einer Filtration, Zentrifugation oder Dekantation, höher als 4 bis 10% des Gewichts der Feststoffe ausmachen. Bei derartigen Verunreinigungsgraden sind die Feststoffe für Deponien umwelttechnisch unsicher. Dementsprechend gibt es in vielen Ländern Gesetzte, die derartige Deponien verbieten.
Eine Anzahl von Prozessen, die für die Behandlung von Altöl vorgeschlagen werden, wenden eine abschließende Brikettiertechnik an zum Ansammeln der mit einem Rest-Erdölanteil behafteten Feststoffe und bringen diese in eine zur Weiterverwendung geeignete Form. Bei dieser Technik werden die Briketts als Baumaterial verwendet. Dies verzögert lediglich das Umweltproblem und löscht es nicht aus. Im Laufe der Zeit wird die Natur die Briketts aufbrechen, wobei das gebunden Erdöl in die Erde abfließt.
Eines der Probleme, mit denen ein Ingenieur beim Reinigen von Feststoffen zum Entfernen von Rest-Erdöl konfrontiert wird, betrifft die Haftung des Erdöls unter Bedingungen, die dessen Trennung von der Oberfläche des Feststoffs gestatten. Beispielsweise kann man das Erdöl lösen und von der Oberfläche wegwischen; dies ist jedoch zeitraubend und kostenintensiv, da wiederholte Behandlungen der Oberfläche durchgeführt werden müssen, um die Erdölkonzentration auf ein akzeptierbares Niveau zu reduzieren. Ferner könnte es als geeignet erscheinen, die Partikel heißen Gasen in einem Fließbett auszusetzen. Derartigen Anwendungen eines dynamischen Betts sind jedoch anfällig für Teilchen-Aggregation (Agglomeration), die dazu führt, daß die zusammengebackenen Teilchen aus dem Bett und aus der Fluidbehandlung herausfallen. Man würde somit erwarten, daß eine Fluidisierung eines Betts aus erdölbehafteten Partikeln in einem heißen Gasstrom zuerst den Erdölüberzug auf dem Partikel bis zu einem Punkt erweichen wird, bei dem der Partikel an den anderen Partikeln im Bett haften kann. Diese Haftung würde Agglomerate der Partikel mit einem höheren Gewicht erzeugen, die aus dem Fluidbett ausfallen würden. Sobald sie aus dem Bett entfernt sind, können sie nicht mehr durch die dem Bett zugeführten heißen Gase behandelt werden. Wenn ein zu großer Teil des Bettes agglomeriert ist, bricht das Bett zusammen, und die Fluidisierung bricht ab. Die agglomerierten Partikel sind schwieriger zu handhaben, als ihre in Relation kleineren Vorgänger-Partikel.
Es besteht ein Bedarf an Verfahren, die Erdöl wirkungsvoll von Feststoffen entfernt, so daß die Feststoffe sicher und ohne Angst vor einer Verschmutzung des Grundwassers oder der Erzeugung anderer Arten von Umweltproblemen in Deponien gekippt werden können. Das Verfahren gemäß dieser Anmeldung erreicht dies durch Abscheiden des Rest-Erdöls auf den Feststoffen in Form eines nützlichen Brennstoffs oder als Ausgangsmaterial für ein Raffinierverfahren. Ein Merkmal der Erfindung stellt die Behandlung derartiger verunreinigter Feststoffe in einem toroidalen dynamischen Bett dar, wie es bei der Vorrichtung erzielt wird, die in der U.S.-Patentschrift 4,779,920 von Dodson, erteilt am 30. Oktober 1984, beschrieben ist. Aus unerklärlichen Gründen sind die in einem toroidalen dynamischen Bett behandelten Erdölpartikel nicht derjenigen Art von Agglomeration unterworfen, die man in einem Fließbett erhält. Die in der Patentschrift aufgeführte Technologie, im Handel das "Torbed®-Verfahren" genannt, wird von Davy McKee (London) Limited., London, U.K., lizenziert. Das Torbed®-Verfahren wird für eine Reihe von Anwendungen empfohlen (Gtoszek, "Das Torbed®-Verfahren: Ein neues Konzept zum Hitze- und Stofftransport", Internationale Untertagebau-Konferenz: Innovationen im Hüttenwerk, Johannesburg, SAIMM, 1990 und Produktprospekt), einschließlich:
- Die Kalzinierung von Ton und Kalk, Magnesit und Dolomiten, um sowohl "totgebrannte" als auch hochreaktive Produkte zu erhalten;
- die Verbrennung von Brennstoffen mit niedrigem Brennwert/ hohem Aschegehalt, bei der der Kohleausbrand mehr als 99% betrug;
- die Herstellung von leichtgewichtigen Aggregaten durch das Verbrennen und "Aufschwemmen" von Ton;
- Giftmüllverbrennung;
- Regeneration verbrauchter Aktivkohlen;
- Regeneration von Katalysatoren;
- Trockenen von Sand, Filterkuchen, Konzentraten;
- Verdampfung;
- Vergasen;
- Pyrolyse;
- Wärmetransport.
Als Vorteile des Torbed®-Verfahrens werden folgende Gesichtspunkte angesehen:
(a) Es wird eine beträchtliche Entkoppelung des Trägermedium-Massenstroms und der "Fluidisier"-Geschwindigkeit erreicht;
(b) es können hohe Wärme- und Stoffübertragungsraten durch hohe Aufprallgeschwindigkeiten des Prozeßgasstroms verwirklicht werden;
(c) die Verringerung der Geschwindigkeit des Trägermediums schafft die Mittel zur Aufbereitung von breit abgestuftem Material;
(d) unregelmäßige Formen können aufbereitet werden unter genau geregelten Bedingungen;
(e) die geringe Masse- und thermische Trägheit des Betts gestattet ein schnelles Reagieren auf Prozeßsteuerungen;
(f) es herrscht ein geringer statischer Druckverlust quer zum toroidalen dynamischen Bett.
Weitere Patentschriften, die sich mit dem Torbed®-Verfahren befassen, sind: U.S.-Patentschrift 4,559,719; U.S.- Patentschrift 4,909,811; U.S.-Patentschrift 4,952,140; U.S.- Patentschrift 5,033,205; Europäische Patentveröffentlichung 0 346 004 und U.S.-Patentschrift 5,075,981. Wie der Beschreibung dieser Vorrichtung entnommen werden kann, befaßt sie sich mit einer Vielzahl von speziellen Anforderungen.

Die Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von Erdöl-Verunreinigungen von Feststoffpartikeln, wobei: (1) die Partikel einem toroidalen dynamischen Bett zugeführt werden, wo sie in heißen Gasen suspendiert werden; (2) die Partikel abgereinigt werden, indem von dem Bett ein heißer Gasstrom abgeführt wird, der von den Partikeln zurückgewonnenes Erdöl enthält; und (3) das abgetrennte Erdöl und die abgetrennten abgereinigten Partikel gesondert zurückgewonnen werden. Wichtig bei der Erfindung ist das Abtrennen der Erdöl-Verunreinigung, um Feststoffe mit weniger als 1 Gew.-% an Erdöl-Verunreinigung, vorzugsweise weniger als 0,5 Gew.- %, im besten Fall weniger als ungefähr 0,1 Gew.-% an Verunreinigungen zu erhalten. Das erfindungsgemäße Verfahren kann genügend Erdöl entfernen, so daß die Feststoffe geeignet sind, direkt in eine Deponie gekippt zu werden, vorausgesetzt, daß die Feststoffe keine nicht-erdölartigen Umwelt- Verunreinigungen enthalten.
Überraschenderweise können die erdölbehafteten Feststoffpartikel in einem fluidähnlichen dynamischen Bett behandelt werden, ohne daß sie zu größeren Partikeln agglomerieren, die nicht fluidisiert werden können. Es wurde gefunden, daß derartige klebrige Partikel effektiv ohne Agglomeration fluidisiert werden können, wenn die Dynamik des Fließbettes einen Gasstrom umfaßt, der einen seitlichen Vektor und einen vertikalen Vektor innerhalb einer bewandeten toroidalen Zone aufweisen, die die Partikel auf einer toroidalen Bahn hält, und wenn das auf den Partikeln abgelagerte Erdöl Komponenten mit unterschiedlichen Verflüchtigungspegeln aufweist. Die Kombination dieser Vektoren und die gemischte Verflüchtigung des auf den Partikeln abgelagerten Erdöls gestattet relativ hohe Gasgeschwindigkeiten, so daß die Partikel durch Kollisionen untereinander und mit der bewandeten toroidalen Zone gepuffert werden, gekoppelt mit einem stufenweisen Lösen auf den Oberflächen der Partikel. Die Form des Betts, also das Zurückhalten der Partikel innerhalb der Zone, wo sich das Bett befindet, d. h. die bewandete toroidale Zone, kann sogar bei einer Geschwindigkeit aufrechterhalten werden, die groß ist verglichen mit der Aufwärtsgeschwindigkeit von Gasen bei einem typischen Fließbett-Prozeß. Die Kombination der beiden Vektoren und der eine toroidale Bahn bildenden Wände bewirkt einen Turbulenzzustand und Kollisionen in dem dynamischen Bett, um einen Gesamt-Schermechanismus einzuleiten, sobald sich Partikel in den ersten Stufen des Agglomerationsprozesses anhäufen, wobei diese Scherkraft der Bildung einer Agglomeration entgegenwirkt, die einen reibungslosen Ablauf in dem dynamischen Bett erschwert. Diese Wirkung unterstützt ein gleichzeitiges in situ-Lösen des Erdöls auf den Partikeln, das auf der Anwesenheit von Erdölkomponenten basiert, die eine veränderliche Flüchtigkeit aufweisen. Als Ergebnis der fluidisierten Partikel, die in den heißen Gasen schwimmen, die diese umgeben und in denen sie suspendiert werden, bringt die Gastemperatur einen Teil der Erdölkomponenten zum Verflüssigen und dadurch zum Lösen anderer Komponenten des auf den Partikeln abgelagerten Erdöls. Dieses in situ-Lösen verbessert das Verdampfen des im Grunde genommen gesamten auf den Partikeln gelagerten Erdöls, wobei das derart verflüchtigte Erdöl durch die die Oberflächen der Partikel reinigenden Gase mit hoher Geschwindigkeit vollständig von den Feststoffpartikeln extrahiert wird. Dieses interne Lösen verbunden mit der Turbulenz in dem Bett bewirkt, daß die Erdöl-Verunreinigungen effektiv von den Partikeloberflächen extrahiert werden.
Sowie die Partikel ihren Erdölanteil abgeben, werden sie leichter und steigen dadurch in dem dynamischen Bett auf. Dieser Vorgang führt zu einer lockeren Schichtung innerhalb des Betts, wobei die schwereren Teilchen dazu neigen, an dem Boden des Betts zu kreisen, und die leichtesten Teilchen dazu neigen, oben auf dem Bett aufzuschwimmen. Die Partikel oben auf dem dynamischen Bett werden in einer von der toroidalen Zone getrennten Rückgewinnungszone für abgereinigte Partikel eingefangen. Die dem Bett zugeführten Gase sind, wenn sie die toroidale Zone verlassen, mit Erdöldampf beladen und werden zur Rückgewinnung des Erdöls und der Gaskomponenten durch eine Gas-Flüssigkeit-Abscheidungszone geführt. Die Gaskomponenten können wieder in die toroidale Zone zurückgeführt werden.
Dieser Prozeß wird als kontinuierlicher Prozeß durch das konstante Wandern von mit Erdöl behafteten Partikeln zur Spitze des Betts aufrechterhalten. Es ist wünschenswert, die Partikel gleichmäßig zur Spitze des Betts wandern zu lassen, so daß der Ablauf des Betts nicht gestört und Schwankungen vermieden werden. Die schwersten Partikel steigen in dem dynamischen Bett ab, während die leichtesten Partikel zur Spitze des Betts aufsteigen. Bemerkenswerterweise werden die leichten Partikel durch die schwereren erdölbehafteten Partikel die dem Bett zugeführt werden, nicht derart eingefangen, daß Agglomerationen auftreten.
Bei einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird ein Lösungsmittel für die Erdöl-Verunreinigung auf den Partikeln oder ein Dampf mit dem heißen Gasstrom gut vermischt, der den das dynamische Bett bildenden Partikeln zugeführt wird, um das in situ-Lösen auf der Partikeloberfläche zu verbessern. Das heiße Lösungsmittel oder der heiße Dampf wird vorzugsweise in den heißen Gasstrom hineingesprüht, um zu einer dampfförmigen Komponente des Gasstroms zu werden. Die Sprühtröpfchen können innerhalb des heißen Stromes verdampft werden, was die Partikelgröße der Lösungmittel- oder Dampftröpfchen vermindert. Wenn das Lösungsmittel oder der Dampf mit den Partikeln in Kontakt tritt, kondensiert das Lösungsmittel oder der Dampf auf der Oberfläche der Erdölverunreinigung. Dies vermindert schnell die Viskosität der Erdölverunreinigung und erleichtert das Verdampfen und Verflüchtigen in dem Gasstrom. Für eine separate Rückgewinnung des Erdöls, des Lösungsmittels oder Wassers, soweit vorhanden, und der Gaskomponente werden die Abgase von dem Bett zu einer Gas-Flüssigkeits-Abscheidungszone geführt. Die Gaskomponente kann wieder in die toroidale Zone zurückgeführt werden. Es kann wünschenswert sein, das Lösungsmittel oder Wasser nicht von der Gaskomponente zu trennen und die Mischung wieder in die toroidale Zone zurückzuführen. In diesem Fall kann es wünschenswert werden, auf eine gesonderte Zugabe von Lösungsmittel oder Dampf zum Gasstrom zu verzichten und sich auf das im Gasstrom vorhandene rezyklierte Lösungsmittel oder Wasser zu verlassen, abgesehen von einer periodischen Einspritzung von Lösungsmittel oder Wasser (Dampf) als Ausgleich für einen Lösungsmittel- oder Wasserverlust im Verlauf des Prozesses.
Bei einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann der Prozeß mit oder ohne Hinzugabe von Lösungsmittel oder Dampf zu dem heißen, das dynamische Bett aufrechterhaltenden Gasstrom eingeleitet werden. Während der Rückgewinnungsphase jedoch, bei der die mit Erdöl beladenen Gase einer Abscheidung in der Gas-Flüssigkeits-Abscheidungszone unterworfen werden, werden die leichter flüchtigen Komponenten des Erdöls nicht aus dem Gasstrom auskondensiert. Diese flüchtigen Komponenten stellen Lösungsmittel für die Erdöl- Verunreinigungen auf den Partikeln dar. Zumindest ein Teil dieser flüchtigen Komponenten wird in dem Gasstrom gehalten, der in das toroidale dynamische Bett zurückgeführt wird. Auf diese Weise enthält der Gasstrom die in situ-flüchtige Komponente der Erdölrückstände auf den Partikeln, und sie wird zu einem zusätzlichen Extraktionslösungsmittel, das das Entfernen der Erdölverunreinigungen von den dem toroidalen dynamischen Bett zugefügten Partikeln unterstützt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ohne Rücksicht auf Proportionen eine schematische Seitenansicht eine Vorrichtung eines toroidalen dynamischen Betts, wobei die Partikel übergroß dargestellt sind.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Fuß der Vorrichtung nach Fig. 1, von der Linie 2'-2' aus gesehen.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Plan des Ablaufs, der die toroidale dynamische Bett-Abscheidung von Erdölverunreinigung, die Kondensation des Erdöls und das Zurückführen von Gasen enthält.
Fig. 4 zeigt eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer Vorrichtung eines toroidalen dynamischen Betts, die die Zirkulation und die toroidale Partikelbewegung veranschaulicht.
Fig. 5 zeigt die gleiche Ansicht wie Fig. 4, außer daß sie den Gasfluß durch ortsfeste Schaufeln veranschaulicht, die in der Vorrichtung verwendet werden.
Fig. 6 zeigt die gleiche Ansicht wie die Fig. 4 und 5, jedoch mit zusätzlichen Merkmalen der Vorrichtung, wie zum Beispiel dem Brenner.
Fig. 7 zeigt eine geschnittene schematische Seitenansicht des dynamischen Bettes, das sich beim Betrieb der Vorrichtung nach den Fig. 4 bis 6 ausbildet, sowie der ortsfesten Schaufeln, die dazu dienen, den Fluidstrom auszurichten.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Wie oben erwähnt, ist die Erfindung gerichtet auf das Abreinigen von Feststoffpartikel-Materialien, die eine Erdöl-Verunreinigung aufweisen. Obwohl der Grad der Verunreinigung bei der Erfindung nicht ausschlaggebend ist, sollte der Grad der Verunreinigung der dem erfindungsgemäßen Prozeß unterworfenenen Partikeln groß genug sein, um die Behandlungskosten im speziellen Fall zu rechtfertigen, und er sollte nicht so groß sein, daß ein großer Teil der Erdöl- Verunreinigung einfacher durch andere kommerziell verfügbare Prozesse, wie beispielsweise durch Filtration, entfernt werden können. Dies sind praktische Überlegungen, die in keiner Weise die praktische Anwendung und den Schutzumfang dieser Erfindung begrenzen. Dort, wo der partikelförmige Stoff hohe Grade an Erdöl-Verunreinigungen enthält, nämlich einen Betrag größer als ungefähr 20 Gew.-%, ist es vom Kostenstandpunkt her gesehen günstiger, möglichst viel an Erdöl- Verunreinigung durch derartige andere Verfahren zu entfernen, wie zum Beispiel durch Filtration, Zentrifugation, Dekantation, Destillation, herkömmliche Fließbettextraktionen wo praktikabel, Flüssigabscheidungen und dgl. Im allgemeinen beträgt die Erdöl-Verunreinigung der Partikel ungefähr 0,5 bis 20 Gew.-% des Durchschnittsgewichts der verunreinigten Partikel. Es wird allgemein versucht, den durchschnittlichen Erdölgehalt auf unter 15 Gew.-% zu verringern. Normalerweise reicht das Durchschnittsgewicht des Erdöls auf den Partikeln von ungefähr 1 bis ungefähr 15 Gew.-%.
Die in dem toroidalen dynamischen Bett der Behandlung ausgesetzten Partikel können jede angemessene für eine Fluidisierung geeignete Größe haben. Die Fähigkeit zur Fluidisierung des partikelförmigen Materials stellt allerdings bei der Auswahl der Partikelgröße ein Kriterium dar. Das Bett aus dem partikelförmigen Material, das von dem heißen Gasstrom getragen wird, ist relativ dicht gepackt. Die Energie des heißen Gasstroms wird von dem flachen Bett aus dem das toroidale dynamische Bett bildenden Material aufenommen, so daß die Oberflächengeschwindigkeit des Gasstroms unmittelbar über dem Bett niedriger ist als die Endgeschwindigkeiten der Partikel, wodurch ein übermäßiges Abheben der Partikel vermieden wird. Die Form der Partikel braucht nicht kugelartig oder einheitlich groß zu sein. Beispielsweise können die Partikel aus unregelmäßigen oder regelmäßigen Flocken, Ringen, Extrudaten oder jeden anderen Konfigurationen bestehen.
Bei einer typischen Anwendung wird das der erfindungsgemäßen Behandlung in dem toroidalen dynamischen Bett unterworfene partikelförmige Material zerkleinert oder anderen Mahlverfahren unterworfen, so daß die Partikel auf eine vernünftige Größe gebracht werden, um in dem Bett behandelt zu werden. Es gibt Zusammensetzungen, die solch große Konzentrationen an zusammengebackenen Materialien aufweisen, daß es notwendig ist, die Zusammensetzung einer Mahlbehandlung zu unterwerfen. Mahlen kann in einer Kugelmühle, einer Steinmühle, einer horizontalen Mittelmühle (media mill), einem industriellen Macerator (wie die von Hidrostal Process Engineering Ltd., Newbury, England, erhältlichen), und ähnlichen Typen von kommerziell erhältlichem Gerät erfolgen. Wenn das Material fremde Objekte enthält, können diese per Hand oder durch Magnete oder jedes andere geeignete Verfahren entfernt werden. Die durchschnittliche Partikelgröße und die Partikelgrößenverteilung des dem Bett zugeführten Materials ist bei der Anwendung der Erfindung nicht von Bedeutung, und zwar wegen der Schleuderwirkung des Bettaufbaus.
Die Zentrifugalkraft schleudert große und kleine Partikel an die Haltewand des Betts, wobei ggf. alle Partikel zu dem innenseitigen Wehr fliegen, wo sie von dem Bett getrennt werden. Erfindungsgemäß kann also ein großer Bereich an Partikelgrößen und Partikelgrößenverteilung behandelt werden. Ein vorteilhaftes Verfahren, die Feststoffpartikel für die erfindungsgemäße Behandlung vorzubereiten, besteht darin, eine Masse der Partikel in einer Lösung für das Erdöl zu lösen, die gelöste Masse einer Ultraschallbehandlung zu unterziehen und dann die gelöste Masse einem das Erdöl nicht-lösendes Mittel auszusetzen. Die Partikel werden von dem Erdöl und dem Lösungsmittel getrennt und in dem nicht- lösenden Mittel ausgeschieden. Die Ausscheidung dient dazu, eine Trennung der Partikel zu verbessern, wobei die gesammelten Partikel besser fließen, was ihnen gestattet, leicht dem toroidalen dynamischen Bett zugeführt zu werden. Dieses Verfahren ist in der anhängigen UK-Patentanmeldung Nr. 9300969.4, angemeldet am 19. Januar 1993, (Veröffentlichungs-Nr. GB-A-2 274 850) beschrieben.
Das Verfahrenssprinzip eines toroidalen dynamischen Betts basiert darauf, Partikel einer hochturbulenten Strömung auszusetzen, so daß der Grad der Wärme- und Stoffübertragungsrate proportional ist zu derjenigen Rate, bei der die Grenzschicht ausgetauscht wird. Es ist bekannt, daß die Wärme- und Stoffübertragung verbessert wird, wenn die Gas- Grenzschicht um einen Partikel herum ausgetauscht wird. Eine Möglichkeit, Turbulenz zu erzeugen, besteht darin, die Partikel Gasströmen mit hoher Geschwindigkeit auszusetzen. Um dies in einem Fließbett zu realisieren, muß das Material unter besonderen Prozeß-Strömungsbedingungen gehalten werden. Die Endgeschwindigkeiten der Partikel bestimmen im allgemeinen die Grenzen der Prozeßgasgeschwindigkeit und damit den Grad an Wärme- und Stoffübertragung. Unter Beachtung der Kontrolle über das Auftreffen eines Gasstroms mit hoher Geschwindigkeit auf Partikel, wird die Energie des Gasstroms von oder durch das behandelte Material aufgenommen, ohne das Material übermäßig physisch zu beschädigen. Dies kann mit dem "Hovercraft"-Prinzip verglichen werden, das mit einem Impulsaustausch zwischen einem Gasstrom und einer Masse arbeitet. Durch ein Umkehren des Gasstroms und ein Lenken des Gasstroms durch eine Reihe von Schaufeln, die das toroidale dynamische Bett erzeugen, wirken die resultierenden linearen Strahlen als Trägermedium für ein flaches Bett (50 bis 75 mm Tiefe) von Partikeln, die auf diesem Trägermedium schwimmen. Die Schaufeln wandeln den Druck des Gasstroms in Geschwindigkeit um, wobei durch ein geeignetes Schaufeldesign Kräfte auf das Bett übertragen werden, die das Bett anheben und horizontal bewegen. Dieser Energieaustausch ist der erste grundlegende Unterschied zwischen dem toroidalen dynamischen Bett und einem Fluidbettreaktor. Da der Impuls des Gasstroms ein Produkt aus dem Massenstrom und seiner Geschwindigkeit darstellt, kann ein vorgegebenes Bett durch einen Gasstrom mit niedriger Geschwindigkeit und hohem Massendurchsatz oder einem Gasstrom mit hoher Geschwindigkeit und entsprechend niedrigem Massendurchsatz getragen werden.
Die ortsfesten Schaufeln sind verstellbar und gestatten somit eine Abstimmung eines speziellen Gasdurchsatzes auf die Erfordernisse des Prozesses, die bestimmt werden durch die Art der mit Erdöl verunreinigten Partikel, die für die Behandlung ausgewählt werden. Das resultierende Partikelbett ist eng gepackt. Der Gasstrom kann auf die untere Schicht des Bettes mit Geschwindigkeiten von 75 bis 150 m/sek. auftreffen, wobei die Energie des Stroms von dem flachen Materialbett aufgenommen wird, wodurch die Oberflächengeschwindigkeit des Gasstroms unmittelbar über dem Bett niedriger ist als die Endgeschwindigkeit der Partikel. Folglich wird ein übermäßiges Abheben der Partikel vermieden.
In der Praxis werden heiße Gase von einem Erdölbrenner als ein spiralförmiger Gasstrom mit den angedeuteten Ge schwindigkeiten abgegeben und durch winkelig angeordnete ortsfeste Schaufeln in das toroidale dynamische Bett aus mit Erdöl verunreinigten Partikeln geführt, um ein turbulentes gastragendes Bett der verunreinigten Feststoffe zu bilden, jegliches verbleibendes Erdöl durch Extraktion/Verdampfen zu entfernen und ein "sauberes", trockenes, partikelförmiges Produkt auszugeben. Das Erdöl in dem Abgasstrahl wird durch Kondensation zurückgewonnen. Da der Erwärmungsprozeß genau gesteuert wird, werden durch Verbrennung erzeugte ungewünschte Elemente vermieden und Emissionen einfacher innerhalb spezifischer lokaler behördlicher Grenzen gehalten.
Der Prozeß des toroidalen dynamischen Betts ist in Fig. 1 bis 7 dargestellt. Fig. 1 zeigt schematisch und nicht proportional eine Extraktionsvorrichtung 1 mit einem dynamischen Bett. Erdölpartikel 9 (in der Zeichnung übergroß gezeigt) werden über einen in einem Gehäuse 3 angeordneten Trichterabschnitt 4 einem Beschickungsrohr 5 zugeführt. Das Gehäuse 3 weist eine isolierte Wand 11 mit einem isolierten Fußabschnitt 28 auf. Ein freiströmender Partikel 9 mit ausreichender Größe, z. B. 90-160 um, weist eine allgemein ausreichende Masse auf, um ohne gesonderte Unterstützung zu den ortsfesten Schaufeln 17 zu sinken, und zwar durch Wandern in den konischen Abschnitt 7 des Beschickungsrohrs 5, über einen geneigten Kegelabschnitt 13 und anschließend in die Zone 15 des toroidalen dynamischen Betts, die über den ortsfesten Schaufeln 17 angeordnet und von der Wand 11 und dem Wehr 20 umgeben ist. Andererseits können die Partikel 9 auf ihrem Weg zur Zone 15 durch einen drehenden Flügel, einen Rüttler oder eine Schnecke (alle nicht gezeigt) unterstützt werden, die auf der Fläche 13 oder innerhalb des Rohrs 5 vorgesehen sind. Fig. 1 zeigt, daß sich die Partikel 9 auf der Fläche 13 ansammeln und als Masse der Zone 15 des toroidalen dynamischen Betts zugeführt werden. Während dies geschieht, wird über einen Einlaß 29 Brennstoff in eine Verbrennungskammer 27 eingeleitet, von wo aus ein turbulenter heißer Gasstrom 31 in die toroidale Gaszone 25 übertragen wird. In dem Brennstoff können kleine Wassermengen enthalten sein, so daß, sobald der Brennstoff zugegeben wird, die Wasserkomponente in Dampf übergeht und dieser das Strippen des Erdöls von den erdölverunreinigten Partikeln erleichtert. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Verbrennungskammer 27 tangential auf die toroidale Gaszone 25 ausgerichtet, so daß die heißen Verbrennungsgase spiralförmig um eine zentral angeordnete isolierte Wand 23 herum in die Zone 25 eingeleitet werden. Eine gesonderte Leitung zur Zone 25 (nicht gezeigt) kann hinzugefügt werden, um eine gesonderte Menge an Lösungsmitteln oder Dampf einzuführen. Ein geeignetes Lösungsmittel weist leichte Teile der von den Partikeln 9 entfernten Erdöl-Verunreinigungen auf oder spezielle Lösungsmittel, wie zum Beispiel Diesel oder Kerosin, oder Toluol, Xylol, Benzol oder dergleichen. Die toroidalen Formen der Bettzone 15 der ortsfesten Schaufeln 17, des Rohrs 15, des Wehrs 20 und der Wand 23 können kreisförmig oder elliptisch ausgebildet sein. Die Auswahl der Form dient unter anderem dazu, den den ortsfesten Schaufeln 17 zugeführten Gasströmen und den Gasströmen von den ortsfesten Schaufeln 17 durch das toroidale dynamische Bett 15 hindurch einen abgewinkelten Vektor aufzuzwängen. Alternativ zu der innerhalb der Extraktionsvorrichtung 1 vorgesehenen Brennkammer 27 kann die Brennkammer außerhalb der Extraktionsvorrichtung angeordnet sein, und die heißen Gase können tangential in die Zone 25 geführt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel bewegen sich alle Gase im Uhrzeigersinn. Gleichwohl können die Gase auch entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt werden. Die dem Uhrzeigersinn 32 folgenden Gase steigen, wie durch einen Pfeil 26 gezeigt, durch einen ortsfesten Betträger 18 hindurch, der sich zu den ortsfesten Schaufeln 17 öffnet, die angestellt sind, um den Gasstrom in die Uhrzeigerrichtung zu lenken, und steigen dann in die Zone 15, wo die Partikel als ein flaches Bett in dem Gas suspendiert werden, wobei das Bett sich im Uhrzeigersinn bewegt. Die Tiefe des Betts kann in Abhängigkeit von der Größe des Betts (d. h. von der Konzentration der Partikel und deren Größe und Masse), der Dimensionen der Zone 15 und der Gasgeschwindigkeit verändert werden. Die mit Erdöldampf beladenen Abgase, die sich aus dem toroidalen dynamischen Bett 15 herausbewegen, wandern als ein im Uhrzeigersinn fließender Strom 16 in einer nach oben gerichteten Richtung 12 in die das Rohr 5 umgebende offene Kammer, von wo aus sie als Strom 10 das Gehäuse 3 durch einen kreisförmigen Auslaß 14 in der Wand 11 verlassen.
Sobald das toroidale dynamische Bett um die Bettzone 15 herum, die das von der runden Wand 11 begrenzte Wehr 20 umgibt, in Bewegung gesetzt wird, verlieren die Partikel 9 Erdöl-Verunreinigungen und werden dadurch leicht. Daher steigen sie in dem Bett 15 auf. Die leichtesten Partikel überschreiten ggf. das Wehr 20 und gelangen in den ringförmigen Schlitz 8, der sich zur Partikel-Abtrennzone 19 hin öffnet. Der Pfad der abgereinigten Partikel ist in Fig. 1 durch Pfeile gekennzeichnet, die von der Zone 15 durch den Schlitz 8 in die Zone 19 zeigen. Die abgereinigten Partikel 21 gelangen in Zone 19 über die schrägen Flächen in das Abzugsrohr 24 und aus der Öffnung 33 heraus, wo sie zur Lagerung in einer Deponie zurückgewonnen werden.
Fig. 3 zeigt die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Prozeßführung. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist eine Extraktionsvorrichtung 1 mit toroidalem dynamischen Bett einen Erdöl enthaltenden Gasstrom 35 auf, der über den Auslaß 14 herausgeführt und dem Kondensator 37 zugeführt wird. Ein flüssiges Erdölprodukt wird von dem Kondensator 37 entfernt und über die Lei tung 43 einer Speichermöglichkeit 45 zugeführt. Die Gase in dem Kondensator 37, die Wasser, ein Lösungsmittel oder leichte Bestandteile enthalten können, können über die Leitung 39 zu der Extraktionsvorrichtung 1 mit toroidalem dynamischen Bett rezirkuliert werden. Wenn die leichten Bestandteile oder das Lösungsmittel mit dem Erdölprodukt kondensiert werden bzw. wird, braucht das Gas nicht zurückgeführt werden. Das zurückgeführte Gas kann dem Brennstoffstrom zugesetzt oder gesondert der Zone 25 zugeführt werden, um mit den heißen Gasen vermischt zu werden. Die zurückgewonnenen Feststoffe mit minimaler Erdöl-Verunreinigung werden in einer Deponie 41 gelagert.
Die Fig. 4 bis 7 stellen Ausführungsbeispiele des Torbed®-Verfahrens dar. Die Torbed®-Vorrichtung 140 weist innerhalb einer zylindrischen isolierten Wand 160 ein Speiserohr 150 auf, durch das die partikelförmigen Stoffe für eine Entnahme an dem anderen Ende 152 hindurch in rotierende Flügel auf einer geneigten Fläche 154 geführt werden, um in die Umfangs-Schaufelzone 190 ausgegeben zu werden, die von einer nach innen geneigten überhängenden Fläche eingeschlossen ist. Heißes Fluid von einem Brenner 188 wird tangential eingespeist und erzeugt einen nach oben gerichteten Strom 156 durch die ortsfesten Schaufeln 158 und durch die Partikel hindurch, und zwar in ausreichendem Maße, um ein sich bewegendes toroidales dynamisches Partikelbett zu bilden. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird heißes Fluid 162 durch Schaufeln 164 abgegeben, die das Fluid in eine abgewinkelte Richtung 164 lenken. Das heiße Fluid verläßt die Vorrichtung durch einen Fluid-Auslaß 180, wobei es Erdöl mit sich trägt, das die Partikel überzogen hatte. Das heiße Fluid wird einem Kondensator zugeführt, der die Erdölkomponente abscheidet. Die Temperatursteuerung erfolgt abhängig von Messungen mit Thermomeßfühlern 182. Das behandelte Fluid kann einem Waschvorgang unterworfen werden, um das Entfernen von Erdöl sicherzustellen. Ein dynamisches Bett aus heißen Partikeln 176 wird spiralenförmig um die Zone 190 in die Richtung 164 bewegt, die der Neigung der Schaufeln 172 und der tangentialen Speisung von dem Brenner 188 aus folgt. Wie in Fig. 7 gezeigt, wird das heiße Fluid 170 der Schaufelzone in den Lücken 174 zwischen den Schaufeln 172 zugeführt, wobei die Neigung der Schaufeln 172 eine ähnliche abgewinkelte Steigung des Fluidstroms bewirkt, wie es durch die Pfeile über der Reihe der Schaufeln 172 gezeigt ist. Die der Vorrichtung zugeführten Partikel bilden ein dynamisches Bett 176, das in die Richtung des Fluidstroms wandert, der begrenzt ist durch die Geometrie der Bahn der Umfangs-Schaufelzone 190. Dies ist ausführlich in der U.S.-Patentschrift 4,479,920, supra, beschrieben.
Wenn das heiße Fluid um die Partikel herumfließt, weist es eine Temperatur auf, die höher ist als 1400ºC, vorzugsweise zwischen ungefähr 100ºC und ungefähr 1400ºC, im besten Fall zwischen ungefähr 150ºC und weniger als ungefähr 1400ºC, gemessen durch die Thermomeßfühler 182, wobei die Partikel suspendiert werden und das an den Partikeln anhaftende Erdöl verdampft wird. Das Fluid besteht im allgemeinen aus Verbrennungsgasen, die von dem Brenner stammen. Die Brenneranordnung, die die heißen Gase in spiralförmiger Richtung in die Reihe von Schaufeln 172 ausstößt, kann jedoch mit Einspritzdüsen stromab des Brenners ausgestattet sein, so daß andere gas- oder dampfartige Stoffe in den Fluidstrom eingebunden werden können. Derartige Stoffe können eine Vielzahl von Gasen sein, wie z. B. Luft, Kohlendioxid, Stickstoff, Methan, Propan, Isopropan, Hexan, Toluol und dergleichen. Es ist wünschenswert, als Fluid eine gasartige Mischung zu verwenden, die das an den Partikeln anhaftende Erdöl ablösen kann. Dies erleichtert durch eine Kombination aus Verdampfung und Extraktion erheblich das Entfernen des Erdöls von den Partikeln. Die Feststoffe werden in der zentralen Ablasskammer 186 zurückgewonnen und zu einer Deponie gebracht.

Claims

1. Verfahren zum Abtrennen von Erdöl-Verunreinigungen von Feststoffpartikeln, wobei

- die Partikel einem toroidalen dynamischen Bett zugeführt werden, wo sie in heißen Gasen suspendiert werden,

- die Partikel abgereinigt werden, indem von dem Bett ein heißer Gasstrom abgeführt wird, der von den Partikeln zurückgewonnenes Erdöl enthält, und

- das abgetrennte Erdöl und die abgetrennten abgereinigten Partikel gesondert zurückgewonnen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Gase Verbrennungsgase sind und wahlweise ein Lösungsmittel für das Erdöl enthalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Gase Dampf enthalten.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß leichtflüchtige Komponenten der Erdöl-Verunreinigung andere Komponenten der Erdöl-Verunreinigung lösen, während die Partikel in dem toroidalen dynamischen Bett in den heißen Gasen suspendiert werden.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Rückgewinnung des abgetrennten Erdöls die zugehörigen Gase zum toroidalen dynamischen Bett rezykliert werden.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Erdöl verunreinigten Partikel vor der Aufbereitung im toroidalen dynamischen Bett einer Filtration, einer Zentrifugierung, einer Dekantierung oder einer Flüssigabscheidung unterworfen werden.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verunreinigten Partikel mehr als 1 Gewichtsprozent an Erdöl-Verunreinigung und die abgetrennten abgereinigten Partikel weniger als ungefähr 1 Gewichtsprozent an Erdöl-Verunreinigung enthalten.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verunreinigten Partikel mehr als 1 Gewichtsprozent an Erdöl-Verunreinigung und die abgetrennten abgereinigten Partikel weniger als ungefähr 0,5 Gewichtsprozent an Erdöl- Verunreinigung enthalten.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verunreinigten Partikel mehr als 1 Gewichtsprozent an Erdöl-Verunreinigung und die abgetrennten abgereinigten Partikel weniger als ungefähr 0,1 Gewichtsprozent an Erdöl- Verunreinigung enthalten.

10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Gase einer Strömung folgen, die einen seitlichen Vektor und einen vertikalen Vektor aufweist, und daß die Erdöl-Verunreinigung unterschiedlich flüchtige Komponenten enthält.

11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein in situ-Lösen der Erdöl-Verunreinigung.