DE2919256A1 - Verfahren und vorrichtung zum entsorgen einer verbrauchten oel-in-wasser-emulsion - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum entsorgen einer verbrauchten oel-in-wasser-emulsionInfo
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Description
Öl-in-Wasser-Emulsion
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entsorgen einer verbrauchten Öl-in-Wasser-Emulsion, die nach
Verwendung in einem technischen Prozeß anfällt, insbesondere einer Emulsion von Schneidöl in Wasser.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, das öl
aus der Emulsion zum Zweck der Energieerzeugung zurückzugewinnen, wodurch eine Belastung der Umwelt durch die Emulsion oder ihre
Bestandteile vermieden wird.
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In zahlreichen technischen Verfahren werden Emulsionen verschiedener
öle in Wasser sowohl zum Kühlen als auch zum Schmieren der in Bearbeitung befindlichen halbfertigen Erzeugnisse,
der Werkzeuge oder der Maschinenteile verwendet. Insbesondere werden Emulsionen von Schneidöl in Wasser bei allen
mechanischen/ spanabhebenden Bearbeitungsverfahren verwendet, um die Schneidkraft zwischen dem Werkzeug und dem in Bearbeitung
befindlichen Werkstück zu vermindern und beide Teile während der Bearbeitung zu kühlen.
Wenn der Gehalt an Fremdsubstanζen, wie Metallspähe, Staub und
dergleichen in der Emulsion zu hoch wird, ist sie für den technischen Einsatz nicht länger geeignet. Die Entsorgung
solcher verbrauchter Emulsionen erzeugt ernsthafte Umwelt- und Energieprobleme, da diese Emulsionen eine Quelle starker
Verunreinigung sind, gleichgültig, ob die Emulsionen einfach in die Umgebung abgegeben werden oder auf unterschiedlichste Art
und Weise behandelt werden, um einige ihrer Bestandteile abzutrennen .
Es sind bereits einige Verfahren zur Entsorgung verbrauchter Emulsionen bekannt, bei denen das in der Emulsion enthaltene
öl von den anderen Bestandteilen abgetrennt wird, oder bei denen die Emulsionen zur Energieerzeugung herangezogen werden.
In diesem Zusammenhang sind im wesentlichen zwei Behandlungsverfahren
zu erwähnen. Die erste Art der Behandlung, bei der geeignete Chemikalien und Wärmeenergie eingesetzt werden, ist
darauf gerichtet, zuerst Wasser von den Bestandteilen größerer Dichte abzutrennen und dann die öle von diesen letzteren Bestandteilen.
Diese Art der Verarbeitung erfordert zuerst die Zugabe einer Säure oder eines Polymers zu der Emulsion und dann
geeignete Mengen an Aluminium, um die Bestandteile höherer Dichte auszuflocken und einen Schlamm zu bilden. Das öl wird dann von
dem Schlamm durch Erhitzen abgetrennt und durch die Zugabe geeigneter Additive.
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Die zweite Art der Behandlung besteht darin, die Emulsion direkt in geeigneten Brennern für Flüssigkeitsverbrennung zu
verwenden, indem der Emulsion eine ausreichende Menge an Brennstoff zugegeben wird, sodaß man eine Mischung erhält, die in
dem Brenner verbrannt werden kann.
Die erste Art der Verarbeitung hat den Nachteil, daß sie den Einsatz von ziemlich teuren Zusatzstoffen verlangt, um die Bestandteile
höherer Dichte in der Emulsion auszuflocken, nämlich Säuren und Aluminium, sowie den Einsatz großer Mengen von
Energie, um die Emulsion und den Schlamm aufzuheizen. Ferner schließt diese Behandlungsmethode zahlreiche ziemlich komplizierte
Verfahrensschritte ein.
Die zweite Art der Behandlung erfordert den Zusatz großer Mengen flüssigen Brennstoffes zu der Emulsion, um sie brennbar zu
machen. Darüberhinaus ist die dabei erzeugte Wärmeenergie nur schwer für industrielle Zwecke einzusetzen und es entstehen
Dämpfe während der Verbrennung, die eine Quelle für Umweltverschmutzung sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Entsorgen
einer Emulsion des bezeichneten Typs zu schaffen, mit dem es möglich ist, die Nachteile, welche mit dem Abgeben der
Emulsion in die äußere Umgebung und mit dem Abtrennen bestimmter Bestandteile aus ihr verbunden sind. Es ist ferner ein Verfahren
der bezeichneten Art angestrebt, bei dem wenigstens ein Teil der die Emulsion bildenden Bestandteile zur Energieerzeugung nutzbar
gemacht werden kann. Aufgabe der Erfindung ist auch die . Beschaffung einer Vorrichtung zur Durchführung eines solchen
Verfahrens.
Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art gelöst, welches gekennzeichnet
ist durch mindestens eine Verfahrensstufe, in der der
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Emulsion kontinuierlich Wärmeenergie zugeführt wird, um eine bestimmte Menge des in der Emulsion enthaltenen Wassers zu
verdampfen und die ölkonzentration in der Emulsion auf einen Wert anzuheben, bei dem sich die Emulsion in einem technischen
Brenner verbrennen läßt, wobei die Wärmeenergie zumindest teilweise durch den Einsatz von Sonnenenergie gedeckt wird, sowie
durch mindestens eine weitere Verfahrensstufe, in der die an öl aufkonzentrierte Emulsion in einem Brenner in einer Industrieoder
Heizanlage verbrannt wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Aufheizeinrichtung
für die Emulsion, um der Emulsion Wärmeenergie zuzuführen, die zumindest teilweise aus Sonnenenergie gewonnen ist, und eine
Verdampfungseinrichtung zum Verdampfen wenigstens eines Teiles des in der mittels der Heizeinrichtung aufgeheizten Emulsion
enthaltenen Wassers, um die Konzentration des Öls in der Emulsion auf einen solchen Wert zu erhöhen, daß die Emulsion in einem
technischen Brenner verbrannt werden kann; die Heizeinrichtung enthält zweckmäßigerweise mindestens einen Sonnenenergiesammler.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird aus der sich anschließenden Beschreibung seiner hauptsächlichen Verfahrensstufen und einer
Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens im einzelnen näher hervorgehen, wobei auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen wird. Darin stellen dar:
Figur 1 eine schematische Darstellung der Grundelemente, aus denen die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht, und
Figuren 2 und 3 Diagramme, welche Versuchsergebnisse wiedergeben,
die unter Verwendung der Vorrichtung nach Figur 1 erhalten wurden.
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Bevor die einzelnen Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens
beschrieben werden, soll zuerst die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung, mit deren Hilfe das erfindungsgemäße Verfahren
ausgeführt werden kann, erläutert werden.
Die Vorrichtung ist geeignet für die Behandlung einer verbrauchten
Öl-in-Wasser-Emulsion oder jeder anderen Mischung eines Öles in Wasser, wie sie in technischen Verfahren eingesetzt
werden. Insbesondere ist die Vorrichtung zur Aufarbeitung einer Emulsion von Schneidöl oder Walzöl in Wasser geeignet,
wie es bei der mechanisch-spanabhebenden Bearbeitung auf Werkzeugmaschinen oder bei Walz- oder Ziehverfahren verwendet wird.
Die Vorrichtung nach Figur 1 besteht im wesentlichen aus einer Heizeinrichtung, um der Emulsion eine bestimmte Wärmemenge zuzuführen,
die zumindest teilweise unter Ausnutzung von Sonnenenergie erzeugt wird. Die Heizeinrichtung 1 besteht im wesentlichen
aus mindestens einem Sonnenenergiesammler 2 und einem Wärmetauscher
3 zur Aufnahme einer gewissen Wärmemenge aus dem Sonnenenergiesammler
. Hierfür wird zweckmäßigerweise ein Kreislauf (Figur 1) vorgesehen, über den der Sonnenenergiesammler 2 mit
dem Wärmetauscher 3 verbunden ist, und der aus Rohrleitungsabschnitten 41, 41' und 4·11 besteht, durch die eine geeignete
Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser fließt , und die strömungsmäßig den Ausgang des Sonnenenergiesammlers mit dem Eingang des
Wärmetauschers und den Ausgang des Wärmetauschers mit dem Eingang des Sonnenergiesammlers verbinden, sodaß ein geschlossener Kreislauf
besteht, durch den Wasser kontinuierlich umlaufen kann, um an den Wärmetauscher die Wärmeenergie abzugeben, die durch
Sonnenstrahlung in dem Sonnenenergiesammler erzeugt worden ist.
Die Vorrichtung besteht ferner aus einer Verdampfungseinrichtung 5 zum Verdampfen mindestens eines Teiles des in der Emulsion
enthaltenen Wassers. Die Verdampfungseinrichtung 5 ist mit dem
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Wärmetauscher 3 über einen geschlossenen Kreislauf 6 verbunden, um einen kontinuierlichen Umlauf zwischen dem Wärmetauscher
und der Verdampfungseinrichtung zu ermöglichen, damit der Verdampfungseinrichtung
die Emulsion zugeführt werden kann, nachdem diese im Wärmetauscher 3 aufgeheizt worden ist. Hierfür
besteht der Kreislauf 6 zweckmäßigerweise aus Rohrleitungsabschnitten 6' und 6' ', von denen der erste den Ausgang der
Verdampfungseinrichtung 5 mit dem Eingang des Wärmetauschers 3 und der zweite den Ausgang des Wärmetauschers 3 mit dem Eingang
der Verdampfungseinrichtung 5 verbindet.
Die Verdampfungseinrichtung bestöit vorzugsweise aus einem
normalen Verdampfungsturm bekannter Bauart, beispielsweise aus einem solchen, in dem eine Emulsion durch Umgebungsluft zirkuliert
und möglicherweise in versprühter Form durch einen Luftstrom absinken gelassen wird.
In den Kreisläufen 4 und 6 können Pumpen 7 und 8 für das Umwälzen der Wärmeträgerflüssigkeit zwischen dem Sonnenenergiesammler
2 und dem Wärmetauscher 3, bzw. der Emulsion zwischen dem Wärmetauscher und der Verdampfungseinrichtung 5 vorgesehen
sein.
Unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtung läuft das Verfahren
wie folgt ab:
Der Verdampfungsturm 5 wird mit einer bestimmten Menge verbrauchter
Emulsion angefüllt, die nicht länger für das technische Verfahren benutzt werden kann,in dem sie eingesetzt worden war.
Diese Emulsion läuft dann kontinuierlich unter Einwirkung der Pumpe 8 durch den Kreislauf 6 und den Verdampfungsturm 5 um.
Gleichzeitig heizt Sonnenenergie, die den Sonnenenergiesammler trifft, die Wärmeträgerflüssigkeit im Kreislauf 4 auf, die
mittels der Pumpe 7 in diesem .Kreislauf umgewälzt wird, so daß
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dem Wärmetauscher 3 eine gewisse Wärmemenge zugeführt wird. Diese Wärmemenge wird durch den Wärmeaustausch, der im Wärmeaustauscher
3 stattfindet, auf die Emulsion übertragen, die im Kreislauf 6 umläuft.
Auf diese Weise erreicht die aufgeheizte Emulsion den Verdampfungsturm
5 mit einer bestimmten Temperatur. Das in der Emulsion enthaltene Wasser verdampft in den Turm, wobei die
Verdampfungswärme dem Wärmeinhalt entnommen wird, den die Emulsion selbst mitführt. Die den Verdampfungsturm verlassende
Emulsion hat einen geringeren Wassergehalt und eine niedrigere Temperatur als diejenige Emulsion, die in den Turm eintritt.
Die Emulsion wird dann erneut dem Wärmetauscher 3 zugeführt, um wiederum aufgeheizt zu werden.
Es ist einleuchtend, daß der ölgehalt der Emulsion ansteigt,
während diese durch den Kreislauf 6 und den Verdampfungsturm 5 umläuft. Diese ölanreicherung findet im wesentlichen ohne Zufuhr
von anderer als der Sonnenenergie statt, die aus dem Sonnenenergiesammler 2 erhalten wird.
Durch fortgeführte Behandlung dieser Art kann die Konzentration an öl in der Emulsion auf einen sehr hohen Wert angehoben werden,
sogar bis in die Größenordnung von 90 %. Die für das Verfahren als am geeignetstenangestrebte Konzentration ist zumindestens
diejenige, die es ermöglicht, daß die Emulsion in einem technischen Brenner verbrannt werden kann. Es wurde festgestellt,
daß eine Konzentration von 70 bis 80% öl in der Emulsion diese für den Verbrennungsvorgang geeignet macht. Wenn diese Konzentration
erreicht ist, was, wie weiter unten noch erläutert wird, mit einer in geeigneter Weise dimensionierten Anlage nach einem
Betrieb von 100 Stunden erreicht werden kann (wobei sich diese Zeit auf die wirksame Einwirkung von Sonnenenergie auf die
Sonnenenergiesammler bezieht), kann die behandelte Emulsion aus der Anlage abgezogen werden.
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Das Verfahren schließt den weiteren Verfahrensschritt des Verbrennens der aufkonzentrierten Emulsion in einem normalen
Brenner einer technischen oder Heizanlage ein. Auf diese Weise kann die Emulsion als ein normaler flüssiger Brennstoff für
die Erzeugung von Wärmeenergie als Ersatz für Heizöl verwendet werden, sodaß im wesentlichen der gesamte Heizwert der Emulsion
zur Energieerzeugung nutzbar gemacht werden kann. Als Alternativlösung kann die Emulsion aber auch einem Heizöl zugesetzt und
zusammen mit diesem verbrannt werden.
Durch die Behandlung, die die Emulsion nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfährt, werden grundsätzlich zwei Ziele erreicht,
nämlich die Beseitigung der Emulsion ohne Umweltverschmutzung und die vollständige Nutzbarmachung der Verbrennungswärme
der wertvollsten Bestandteile der Emulsion, indem diese in einen Zustand überführt wird, in dem sie in einem normalen
Brenner verbrannt werden kann. Dieses Ziel neben dem alleinigen Einsatz von Sonnenenergie wird ohne weiteren Energieverbrauch
erreicht.
0_ie Figuren 2 und 3 zeigen Versuchsergebnisse, die im Betrieb
mit der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung erhalten wurden.
Die Figur 2 zeigt drei Kurven, die die Änderung des ölgehaltes in der durch den Verdampfungsturm 5 und den Kreislauf 6 umlaufenden
Emulsion (Kurve A)., die Änderung in der aus der Emulsion verdampften Wassermenge (Kurve B) und die Änderung im
Gesamtvolumen der Emulsion (Kurve C) veranschaulichen, jeweils über der Anzahl der Betriebsstunden aufgetragen.
Die im Diagramm wiedergegebenen Ergebnisse wurden aus Versuchen erhalten, die mit einem Anfangsvolumen an Emulsion von 900 1
ausgeführt wurden, welche einen ölgehait von 15,7 % hatte. Wie aus Kurve A hervorgeht, wird nach einer Betriebszeit von etwa
130 Stunden ein Endölgehalt in der Emulsion von 90 % erreicht,
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wobei das endgültige Emulsionsvolumen auf etwa 150 1
reduziert wird. Die Kurve zeigt auch, daß die Geschwindigkeit der ölanreicherung in der Emulsion mit zunehmender Betriebszeit ansteigt, während die Geschwindigkeit der ölanreicherung
zu Beginn verhältnismäßig gering ist, aber gegen Ende der Behandlung einen merkbaren Anstieg zeigt, wie dies aus der
größeren Steigung des Endabschnittes der Kurve A ersichtlich ist.
Wie aus Kurve B hervorgeht, zeigt die Verdampfungsgeschwindigkeit des Wassers eine im wesentlichen gleichförmige Abnahme
mit zunehmender Behandlungszeit, was aus der Steigungsabnahme der Kurve B hervorgeht, die über den gesamten Verlauf der Kurve
im wesentlichen gleichmäßig ist.
Das Diagramm der Figur 3 zeigt die Änderung in der Verdampfungsgeschwindigkeit des Wassers (l/Stunde) als Funktion der ölkonzentration.
Während die Verdampfungsgeschwindigkeit bei niedrigen ölkonzentrationen hoch ist (bis zu einer Konzentration
von etwa 30 %), so zeigt die Kurve doch, daß die Verdampfungsgeschwindigkeit bei höheren Konzentrationen eine abnehmende
Tendenz aufweist. Wenn eine ölkonzentration von etwa 70 % erreicht
ist, setzt eine ausgeprägtere Abnahme in der Verdampfungsgeschwindigkeit ein, die über den gesamten Endbereich der Kurve
der Figur 2 jenseits des Wendepunktes g zunimmt. Aus einer Untersuchung dieses Verhaltens kann geschlossen werden, daß es
zweckmäßig ist, eine Aufkonzentrierung des ölgehaltes in der
Emulsion nur bis zu einem Wert von etwa 70 % durchzuführen, da jenseits dieses Wertes jede weitere Zunahme im ölgehalt der
Emulsion wegen der dann einsetzenden ausgeprägten und beträchtlichen Abnahme der Verdampfungsgeschwindigkeit des Wassers aus
der Emulsion nur durch eine verhältnismäßig lange weitere Behandlungszeit erreicht werden kann. Ein ölgehalt von 70 % bedeutet
jedoch, daß die Emulsion voll für die nächste Verfahrens-
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stufe, nämlich das Verbrennen in einem Brenner geeignet ist, und das erfindungsgemäße Verfahren nach Erreichen dieser ölkonzentration
abgebrochen werden kann. Es wurde festgestellt, daß eine Emulsion mit einem ölgehalt von 70 % einen Heizwert
von etwa 6000 kcal/kg besitzt und daher einen echten flüssigen Brennstoff darstellt.
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Claims (12)
1. Verfahren zum Entsorgen einer verbrauchten Öl-in-Wasser-Emulsion,
die nach Verwendung in einem technischen Prozess anfällt, insbesondere einer Emulsion von Schneidöl in Wasser,
gekennzeichnet durch mindestens eine Verfahrensstufe, in der der Emulsion kontinuierlich Wärmeenergie zugeführt wird, um
eine bestimmte Menge des in der Emulsion enthaltenen Wassers zu verdampfen und die ölkonzentration in der Emulsion auf einen
Wert anzuheben, bei dem sich die Emulsion in einem technischen Brenner verbrennen läßt, wobei die Wärmeenergie zumindest teilweise
durch den Einsatz von Sonnenenergie gedeckt wird, sowie durch mindestens eine weitere Verfahrensstufe, in der die an
öl aufkonzentrierte Emulsion in einem Brenner in einer Industrieoder
Heizanlage verbrannt wird.
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergie an die Emulsion mittels eines Wärmetauschers übertragen
wird, der die Wärmeenergie seinerseits von einer oder mehreren SonnenenergieSammlern erhält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampfen dieser Wassermenge in einem für das Verdampfen
von Wasser aus der aufgeheizten Emulsion geeigneten Verdampfer erfolgt, der mittels eines ersten Flüssigkeitskreislaufes
derart mit dem Wärmetauscher verbunden ist, daß ein kontinuierlicher Umlauf von Emulsion zwischen dem Verdampfer
und dem Wärmetauscher erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Verdampfer ein Turm verwendet wird, in dem die Emulsion im
versprühten Zustand im Gegenstrom zu einem Luftstrom absinkt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeenergie von dem Sonnenenergiesammler zu dem Wärmetauscher mit Hilfe einer Flüssigkeit transportiert wird,
die innerhalb eines zweiten Flüssigkeitskreislaufes umläuft, welcher den Sonnenenergiesammler mit dem Wärmetauscher verbindet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß eine solche Menge an Wasser verdampft wird, daß eine Emulsion mit einem ölgehalt von mindestens 70 % erhalten
wird.
7. Vorrichtung zum Behandeln einer verbrauchten Öl-in-Wasser-Emulsion,
die nach Verwendung in einem technischen Prozeß anfällt, insbesondere einer Emulsion von Schneidöl in Wasser, gekennzeichnet
durch eine Aufheizeinrichtung (1) für die Emulsion, um der Emulsion Wärmeenergie zuzuführen, die zumindest teilweise
aus Sonnenenergie gewonnen ist.
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und eine Verdampfungseinrichtung (5) zum Verdampfen wenigstens eines Teiles des in der mittels der Heizeinrichtung (1) aufgeheizten
Emulsion enthaltenen Wassers, um die Konzentration des Öls in der Emulsion auf einen solchen Wert zu erhöhen,
daß die Emulsion in einem technischen Brenner verbrannt werden kann.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (1) mindestens einen' Sonnenenergiesammler
(2) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (1) einen Wärmetauscher (3) aufweist,
der dafür ausgebildet ist, die Wärmeenergie aus dem Sonnenenergiesammler (2) zu empfangen und in die Verdampfungseinrichtung
(5) zu übertragen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verdampfungseinrichtung (5) mit dem Wärmetauscher (3) mittels eines ersten Flüssigkeitskreislaufes (6)
verbunden ist, der für einen kontinuierlichen Umlauf der Emulsion zwischen der Verdampfungseinrichtung (5) und dem Wärmetauscher
(3) ausgebildet ist, um dem Wärmetauscher (3) die Wärmeenergie zu entziehen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sonnenergiesammler (2) mit dem Wärmetauscher
(3) über einen, zweiten Flüssigkeitskreislauf (4) verbunden ist,
der für einen kontinuierlichen Wasserumlauf zwischen dem Sonnenenergiesammler (2) und dem Wärmetauscher (3) ausgebildet ist,
um dem Wärmetauscher (3) die Wärmeenrgie zuzuführen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verdampfungseinrichtung (5) aus einem Verdampfungsturm besteht, in dem die Emulsion in versprühtem Zustand
durch einen Luftstrom absinken gelassen wird.
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