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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung der Bestandteile
von » Öl-in-Wasser«-Aitemulsionen, die als Zusatzbestandteile Emulgatoren, Stabilisatoren,
Rostschutzmittel usw. enthalten.
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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 » Öl-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/o darin
emulgierten 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.
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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.
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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.
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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.
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Es sind Verfahren zum Verdampfen oder Konzentrieren von Flüssigkeiten
bzw. Lösungen bekannt, bei denen unter Verwendung von Tauchbrennern in ein-oder
mehrstufiger Arbeitsweise und gegebenenfalls nach Vorwärmung oder im Vakuum verdampft
wird.
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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.
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zugeführt werden können.
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Für die Trennung der Bestandteile von »Öl-in-Wasser«-Altemulsionen
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
wertlos en Abfallprodukts als zu groß eingeschätzt worden sind.
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Die bisher üblichen Abtrennungsverfahren bei »Ö1-in-Wasser«-Altemulsionen
der in Frage stehenden Art sehen ausschließlich einen Zusatz von Chemikalien vor,
d. h., die Emulsion wurde aufgesalzt. Hierfür wurden Neutralsalze, wie Natriumchlorid,
Magnesium-
chlorid 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/l und kann daher nur mit starker Verdünnung abgelassen
werden.
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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 zur Folge hat, daß die Lösung infolge
ihres sauren oder alkalischen Charakters neutralisiert werden muß.
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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.
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Außerdem sind die Anlagen, die nach diesem Verfahren arbeiten, aufwendig
und durch den Einsatz von Chemikalien im Betrieb kostspielig.
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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.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wasseranteil
durch Tauchbrenner od. dgl. verdampft wird und daß das zum Teil mitverdampfte Öl
kondensiert wird.
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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.
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Auch hierbei empfiehlt es sich, die bei der Verdampfung entstehenden
Brüden zur Vorverdampfung im Vakuum heranzuziehen.
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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.
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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 Frisch emulsionen verwendet
werden können.
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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.
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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 ist, 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 Abgaswäscher7 werden
Tropfen zurückgehalten und das Abgas mit der zuströmenden Altemulsion oder einer
geringen Wassermenge gewaschen und rektifiziert, um Öldampf zu kondensieren.
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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 NebelabscheiderlO von feinsten Tröpfchen
befreit und in die Atmosphäre abgegeben.
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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.
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In bestimmten Zeitabständen kann der gesamte Inhalt des Behälters
6 abgelassen werden, wobei Salzkristalle im Filter 14 abfiltriert werden.
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Die ungetrennte Altemulsion wird in den Vorratsbehälter 15 und eine
eventuelle Ölschicht nach Sichtbarwerden im Schauglas 18 in den Behälter 1 für Heizöl
abgeführt.
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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.
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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.
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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 Kondensafionsvorrichtung
9 abfließende Kondensat wird mit der Vakuumpumpe 24 über den Vakuumabscheider 25
zusammen mit dem Kondensat aus dem 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.
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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 Ölschicht nach Sichtbarwerden im Schauglas 18 in den Behälter
1 für Heizöl abgeführt.
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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 O/o 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.
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Der Verbrauch an Kühlwasser ist entsprechend geringer, während der
Energieaufwand durch die Vakuumpumpe wenig größer wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die mit der Erfindung erzielbarenVorteile bestehen-~ausgehend davon,
daß die Investitionen für Emulsionstrennanlagen nach bisherigen Verfahren etwa gleich
hoch sind wie die für eine Anlage gemäß Erfindung, 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 ilocken- oder schlammbildender Stoffe
notwendig ist (dadurch keine Schlammabscheidungen und keine Schlammabfuhr), d) eine
nutzbringende Verbrennung des abgeschiedenen Öles ermöglicht wird, e) eine Möglichkeit
zur Verbrennung von Altölen und sonstigen brennbaren Lösungsmitteln geschaffen ist,
deren Beseitigung sonst Schwierigkeiten bereitet, wobei durch Tauchbrenner eine
bis zu 95prozentige Wärmeausnutzung gegeben ist, f) die Wiederverwendung des gewonnenen
Kondensates zur Herstellung von Frischemulsionen möglich ist, so daß dann praktisch
kein Abwasser anfällt, g) Salze, z.B. Nitrite, zurückgewonnen werden können, wodurch
eine Entgiftung entfällt, h) einfache, wenig störanfällige Geräte verwendet werden
können und i) eine weitgehende Automatisierung möglich ist.
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Dieses Verfahren arbeitet weitaus wirtschaftlicher als die bekannten
Verfahren.
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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.
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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 zukommt.
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Patentansprüche: 1. Verfahren zur Trennung der Bestandteile von »Öl-inWasser«-Altemulsionen,
d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Wasseranteil der gegebenenfalls vorzuerwärmenden
Altemulsion durch an sich bekannte, für die Verdampfung von Flüssigkeiten geeignete
Tauchbrenner (5), vor-
zugsweise 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 Zusatzbestandteilen entstehenden Rückstände kontinuierlich oder periodisch
abgelassen werden.
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorwärmung
der Altemulsion die bei der Verdampfung entstehenden Brüden verwendet werden.
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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgewärmte
Altemulsion im Vakuum, gegebenenfalls unter Verwendung der bei der Verdampfung entstehenden
Brüden, zum Teil vorverdampft wird.
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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. 7).
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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).
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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.