VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR TRENNUNG VON ÖL UND WASSER MIT HYDROPHOBE UND HYDROPHILE FUNKTIONALE FESTSTOFFPARTIKELN

Die Erfindung betrifft die Behandlung eines Gemisches aus Öl und Wasser, insbesondere Rohöl und Wasser, das im Wesentli ^¬ chen als Öl/Wasser-Emulsion vorliegt. Die hauptsächliche Be ^¬ trachtungsweise besteht in der Abtrennung des Wassers vom Öl

Die Öl/Wasser-Emulsion besteht neben einem gewissen Feststoffanteil aus typischerweise 10-30 μπι großen Tröpfchen bei einem Wassergehalt von typischerweise 10-30%. Aufgrund der geringen Größe der Tröpfchen werden diese von der Brownschen Molekularbewegung in der Schwebe gehalten. Aus diesem Grund kann mittels einfacher Absetz- und Flotationsverfahren keine Trennung der Emulsionspartner Öl und Wasser durchgeführt werden .

Ähnliches gilt für die Abtrennung von gelösten mineralischen Stoffen im Öl. Hier sind insbesondere Sulfide und Chloride zu nennen. Zur wesentlichen Abtrennung dieser Stoffe aus dem Öl wird das vorgereinigte Rohöl nochmals mit Wasser zu einer Emulsion vermischt. Die löslichen mineralischen Anteile wandern bevorzugt in den Wasseranteil und werden somit dem Öl entzogen. Auch bei dieser Verfahrensstufe wird die vorliegende Emulsion wiederum in getrennte Ströme aus Wasser bzw. Öl separiert .

Im Stand der Technik werden zur Separation von Öl und Wasser aus einer Emulsion elektrostatische Agglomeratoren eingesetzt. Darin wird die vorliegende Emulsion einem Gleich- oder Wechselfeld oder einer Kombination daraus ausgesetzt. Dabei liegen in der Regel 20 kV bis 30 kV Spannung an. Es werden die voneinander getrennten Tröpfchen, deren Abstand mehrere 10 μπι betragen kann, in Schwingungen versetzt, sodass diese sich zeitweise berühren, wodurch sie sich zu größeren Tropfen vereinigen. Der Energiebedarf einer solchen Anlage ist sehr hoch. Dies ist begründet in der hohen Leitfähigkeit der Emul- sion aufgrund der im Wasser und im Öl gelösten Salze und der somit enorm hohen Ohmschen Verl ^" .ste .

Bei ausreichend großer Tröpfchengröße besitzen die Öltröpf- chen ausreichend Auftrieb bzw. die Wassertröpfchen ausrei ^¬ chend Abtrieb, um eine Phasentrennung zwischen Öl und Wasser aufgrund gravitativer Kräfte einzuleiten. Ist das Verfahren ausreichend fortgeschritten, wird sich jedoch der Abstand zwischen den verbleibenden Tröpfchen in der Emulsion vergrößern, sodass sich keine weitere Tropfenvergrößerung mehr erreichen lässt. Die im Anschluss daran noch in der Emulsion verbleibenden kleinen Tröpfchen können daher nicht mehr abgetrennt werden, sodass ein Teil des Öls im Wasser verloren geht bzw. ein Teil des Wassers im Öl verbleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, womit mit geringem Energieaufwand eine verbesserte und schnellere Abtrennung des Öls vom Wasser oder umgekehrt, ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die Merkmalskombi ^¬ nation der unabhängig formulierten Patentansprüche.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Aufbereitung einer Öl/Wasser-Emulsion zur Agglomeration von Öltröpfchen oder Wassertröpfchen zur Bildung von größeren Tropfen aus entweder Öl oder aus Wasser eine Mischung mit funktionalen Festkörperpartikeln mit der Emulsion vorgenommen wird, wobei die funktionalen Festkörperpartikeln entweder zur Agglomeration von Öltröpfchen hydrophobisiert sind und/oder zur Agglomeration von Wassertröpfchen hydrophilisiert sind. Verfahren, die mit einem hohen elektrischen Energieverbrauch verbunden sind, werden zunächst nicht eingesetzt.

Die funktionalen Festkörperpartikel werden in der Regel oberflächlich behandelt, so dass sie von der Oberfläche her ent ^¬ weder hydrophob wirken oder hydrophil wirken. Die für eine Phasentrennung zwischen Öl und Wasser notwendige Bildung größerer Tropfen, entweder von Öl oder von Wasser, wird nicht wie im Stand der Technik durch Tröpfchenschwingung erzeugt, wobei sich die Tröpfchen berühren, sondern durch Anlagerung der funktionalen Festkörperpartikel, entweder ausschließlich an die Öltröpfchen und nicht an die Wassertröpfchen, oder ausschließlich an die Wassertröpfchen und nicht an die Öltröpfchen . Es werden für die Festkörperpartikel magnetisierbare Materia ^¬ lien eingesetzt, beispielsweise natürlicher oder künstlich hergestellter Magnetit mit Korngrößen typischerweise im Be ^¬ reich der anfänglichen Tröpfchengrößen . Durch Einbringen einer entstandenen Suspension aus funktionalen Festkörperparti- kein und entweder angelagerten Öltropfen oder angelagerten

Wassertropfen in ein Magnetfeld werden sich die mit einer Öl- schicht bzw. Wasserschicht umhüllten Partikel zu größeren Ag ^¬ glomeraten vereinigen, wodurch entweder das Wasser oder das Öl verdrängt wird. Es entsteht entweder eine reine

Öl/Festkörper-Suspension sowie eine reine Wasserphase oder eine reine Wasser/Festkörper-Suspension, sowie eine reine Öl- phase .

Eine Variante, bestehend aus der Mischung mit hydrophilen, funktionalen Festkörperpartikeln, läuft analog zur ersten Variante ab, indem die Suspension aus Feststoff und Wasser be ^¬ steht und die Ölphase in reiner Form abgetrennt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass die Abtrennung von funktionalen Festkörperpartikeln in einer Flüssigkeit mit geringer Visko- sität geschehen kann.

In einer weiteren Variante werden gleichzeitig hydrophobe und hydrophile Feststoffpartikel eingebracht, so dass sich sowohl eine magnetisierbare ölreiche Suspension als auch eine magne- tisierbare wasserreiche Suspension bilden, welche scharfe

Phasengrenzen zueinander aufweisen und in separaten Magnetanordnungen voneinander getrennt werden. Für den Fall, dass die funktionalen Festkörperpartikel unmag ^¬ netisch oder nur schwach magnetisch sind, so dass sie sich nur in der Eigenschaft hydrophob/hydrophil unterscheiden, um eine Affinität zum Öl bzw. zum Wasser zu haben, kann zur Er- zeugung der jeweils reinen Phase ein Schwerkraftverfahren eingesetzt werden. Dies dient zur jeweiligen Agglomeration entweder von Öltröpfchen oder von Wassertröpfchen und zur Bildung entsprechender Agglomerate. Durch die Erfindung kann bei der Zumischung von funktionalen Festkörperpartikeln zu einer Öl/Wasser-Emulsion eine Separation zwischen Öl und Wasser erzielt werden, wobei das Wasser noch weitere Stoffe in Lösung führt. Dies ergibt den wesent ^¬ lichen Vorteil, dass aufwändige und nachgeschaltete Reini- gungsverfahren deutlich einfacher und kostengünstiger gestaltet werden.

Im Folgenden werden detaillierte Ausführungsbeispiele, die die Erfindung nicht einschränken, sondern lediglich vorteil- hafte Ausgestaltungen darstellen, beschrieben:

Der Kern der Erfindung liegt darin, dass eine energieaufwän- dige Agglomeration in einem elektrischen oder magnetischen Feld, Gleich- oder Wechselfeld, vermieden wird. Im Gegensatz dazu nutzt die Erfindung aus, dass funktionale Festkörperpar ^¬ tikel zu einer Emulsion zugemischt werden können, um eine gezielte Agglomeration, beispielsweise von Öl oder von Wasser in einer Öl/Wasser-Emulsion zu erzielen. Als geeignete Werkstoffe für die funktionalen Festkörperpartikel können magnetisierbare Partikel wie z.B. Magnetit

(Fe Ozi) oder nicht magnetisierbare Partikel wie beispielswei ^¬ se Sand (S1O2) verwendet werden. Es wird ausgenutzt, dass sich diese Partikel, die oberflächlich entsprechend behandelt sind, um eine gewünschte Funktionalität aufzuweisen, selektiv an die Öltröpfchen bzw. an die Wassertröpfchen anlagern, sich jedoch jeweils nicht mit den andersartigen Tröpfchen vereinigen . Wird die so entstandene Suspension, die eine Aufschwemmung von Feststoffen in einer Flüssigkeit darstellt, in ein Magnetfeld gebracht, so vereinigen sich die mit einer Ölschicht umhüllten magnetischen Partikel, falls diese hydrophob sind, zu größeren Agglomeraten, wodurch das Wasser verdrängt wird und abgetrennt werden kann. Dabei setzt sich die aufgrund der hohen Dichte des Magnetits entstandene, weitgehend reine, Öl/Magnetit-Suspension als solche unterhalb des Wassers ab. Die Abtrennung des funktionalen Festkörperpartikel-Anteils, insbesondere Magnetit, vom Öl, erfolgt in einem magnetischen Separator. Dabei wird insbesondere ein magnetischer Separator mit einem magnetisch erzeugten Wanderfeld eingesetzt. Es können aber auch andere magnetische Separatoren nach dem Stand der Technik, beispielsweise magnetische Trommelseparatoren, Bandseparatoren, oder Hochfeld- bzw. Hochgradientenseparato ^¬ ren mit normal- oder supraleitenden Magnetwicklungen eingesetzt werden.

Es ergeben sich besondere Vorteile, falls die funktionalen Festkörperpartikel unmagnetisch oder nur schwach magnetisch sind und Wassertröpfchen zu größeren Tropfen und zu einer Wasserphase agglomerieren. Die Unterscheidung erfolgt im Wesentlichen zwischen hydrophober oder hydrophiler Oberfläche, um einerseits Öltröpfchen zu größeren Tropfen zu vereinigen oder andererseits zu binden.

Für den Fall, dass die funktionalen Festkörperpartikel nicht magnetisch oder schwach magnetisch sind, wird zur Erzeugung einer reinen Phase, aus entweder Wasser oder Öl, ein Schwer- kraftverfahren eingesetzt. Ziel ist, die jeweiligen Agglome ^¬ rate soweit zu verdichten, dass sich die reinen Phasen durch Berührung und Vereinigung der einzelnen Tröpfchen zu Tropfen vergrößern und somit die Agglomerate darstellen. Geeignete Verfahren laufen beispielsweise in Hydrozyklonen ab sowie in kontinuierlich arbeitenden Ultrazentrifugen wie in einem De- kanter/Trikanter oder in vergleichbaren Anordnungen. Die in das Trennverfahren eingebrachten funktionalen Festkörperpartikel bewirken, dass eine Agglomeration unter Ausschluss von Gleich- oder Wechselstromfeldern abläuft. Andererseits werden durch die Festkörperpartikel Fremdkörper in den Prozess mit eingetragen, die zweckmäßigerweise in einem angepassten Recyclingverfahren wiederaufbereitet werden, d. h. im Wesentlichen gewaschen werden. In einem speziellen Fall werden Magnetit-Partikel derart recycelt und dem Prozess wie ^¬ der zugeführt. Gegebenenfalls müssen an den Partikeln

verbleibende Ölreste durch geeignete Verfahren wie beispiels ^¬ weise thermisches Verdampfen oder durch chemische Mittel ent ^¬ fernt werden, um die Magnetit-Partikel wiedereinsetzen zu können . Werden beispielsweise hydrophilisierte Magnetit-Partikel ein ^¬ gesetzt, und wird analog dem beschriebenen Verfahren die Was ^¬ serphase vom Öl getrennt, so ergibt sich der Vorteil, dass die Abtrennung der Magnet-Partikel in einer weniger viskosen Flüssigkeit wie beispielsweise Wasser anstelle von Öl, erfol- gen kann. Im Allgemeinen weisen sowohl Wasser als auch die

Magnet-Partikel eine höhere Dichte auf als das abzutrennende Öl, so dass auch in diesem Fall eine klare Trennung zwischen einer unteren Wasser/Magnetit-Suspension und einer darüber liegenden gereinigten Ölschicht ergibt.

Da größere Volumeneinheiten der funktionalen Festkörperpartikel einzusetzenden sind ist ein geeigneter Feststoff mit entsprechenden Eigenschaften zu suchen. Besonders geeignet ist beispielsweise Magnetit, auch bezeichnet als Magneteisen- stein. Dies ist ein Mineral aus der Mineralklasse der Oxide und stellt die stabilste Verbindung zwischen Eisen und Sauerstoff dar. Aufgrund des hohen Eisenanteils von bis zu ca. 70% gehört Magnetit zu den wichtigsten Eisenerzen und Rohstoffen für die Elektroindustrie. Als weiterer Werkstoff ist bei- spielsweise Sand (S1O2, Siliziumdioxid) geeignet. Dies ist vorteilhaft, da Sand in ausreichender Menge zu günstigen Preisen verfügbar ist. Es können Festkörperpartikel mit ent ^¬ sprechender Korngröße hergestellt werden. Eine Oberflächenbe- handlung zur Hydrophobisierung oder zur Hydrophilisierung ist möglich .

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass unter der Voraussetzung einer durchgreifenden Vermischung der Emulsion mit funktionalen Festkörperpartikeln eine Separation der wesentlichen Bestandteile der Emulsion auch bei bereits starker Verdünnung der Emulsion erfolgen kann. Somit können relativ reine Stoffströme, aus entweder Öl oder Wasser, erzielt wer ^¬ den. Dies vermeidet aufwändige, nachgeschaltete Reinigungs ^¬ verfahren, die deutlich einfacher und kostengünstiger gestaltet werden können. Insbesondere kann neben einer energieeffi ^¬ zienten Agglomeration eine effektivere Abtrennung innerhalb des gesamten Verfahrens erzielt werden.

Allgemein können Partikel aller Art im Bereich von Nanometer bzw. Mikrometer mithilfe geeigneter Technologien beschichtet werden. Es können insbesondere zusätzliche chemische oder physikalische Funktionen verliehen werden.